RTL编码（1）——概述

一、RTL级描述

二、Verilog与VHDL

• VHDL：源于Pasical和ADI语言，系统级描述较强，相对复杂、抽象，FPGA 代码设计用得较多
• Verilog：源于C语言，门级描述较强，相对简单、灵活、易于掌握，ASIC设计用得较多（其实FPGA用的也不少，国内大部分还是用Verliog）

三、不同层次的电路描述示例

? ? ? ? 我们以一个全加器为例，看其在不同的层次下的电路描述方式

3.1 布尔描述

? ? ? ? 布尔描述一种逻辑表达形式，直接简洁地描述了电路逻辑：

3.2 门级描述

????????门级建模比较接近电路底层,设计时主要考虑使用到了哪些门,然后按照一定的顺序连接线组成一个大的电路,所以注重的是门的使用,关键的语法在于门的实例化引用。一个完整的门级描述实例一般包含模块定义、端口声明,内部连线声明,门级调用等几个部分。

3.3 RTL级描述

????????RTL，Register Transfer Level，直译为寄存器转换级，顾名思义，也就是在这个级别下，要描述各级寄存器（时序逻辑中的寄存器），以及寄存器之间的信号的是如何转换的（时序逻辑中的组合逻辑）。

????????通俗来讲，RTL代码不是在“写代码”，是在画电路结构。RTL代码需要“画”出输入输出端口，各级寄存器，寄存器之间的组合逻辑和前三者之间的连接。对于组合逻辑，只需要软件级描述，将其功能包装在“黑匣子”中即可，无需考虑其门级结构。这也是在进行数字IC过程中最常用的方式。

3.4 行为级描述

????????行为级是RTL的上一层，行为级是最符合人类逻辑思维方式的描述角度，一般基于算法，用C/C++来描述。从行为级到RTL级的转换，一般都是由IC设计人员手工翻译。行为级的描述更多的是采取直接赋值的形式，只能看出结果，看不出数据流的实际处理过程。其中又大量采用算术运算，延迟等一些无法综合的语句。常常只用于验证仿真。但是在FPGA的开发过程中，使用可综合的行为级描述还是很常见的。

四、不可综合的Verilog语法示例

• 不支持内嵌的时间控制，如#<delay>、wait等，因为综合工具会以延时最小为目标，而不予理会你设定的延时
• 不支持initial语句（0时刻起执行），多用复位机制来实现电路信号的初始化
• 不支持repeat、forever等循环次数不确定（无法综合成硬件）的循环语句；while、for循环语句不要用条件表达式的真假来中止循环，而是用@（posedge clk）或@（negedge clk）来中止循环
• 不使用锁存器（latch），特别注意排除组合逻辑中隐含的锁存器，这是RTL结构及DFT测试所要求的
• 不使用与不确定数x和高阻态z有关的操作运算符和语句，如===（全等）、！==（不全等）、casex和casez语句，与此相对应的是尽量不使用三态门
• 作为测试向量（Testbenchs）的HDL约束与综合代码的HDL约束不同，会更为宽松，因此往往是不可综合的
• 在Verilog代码中不使用VHDL保留字，在VHDL不使用Verilog的保留字，这是为了便于二者的共享或相互转换

五、Verilog RTL编码规范 ???????

• 命名：使用简短但有意义的信号、变量和端口的名称，如用clk表示时钟、用rst表示复位信号、用rst_n表示低电平有效的复位信号，以便代码自身就具有清晰的注释信息，改善可读性。
• 注释：不能忽略注释，一般注释行占总行数的20%~40%（行内//、跨行/**/）
• 端口声明：习惯上按逻辑顺序声明端口 ?。输入：时钟、复位、使能、其他控制信号、输入数据 输出：时钟、复位、使能、其他控制信号、输出数据
• 变量声明：一位的wire型变量无需声明，对多位总线信号的声明却是必须的。对于所有的信号进行声明是一种好的编程习惯
• 大小写：建议信号名、变量名和端口名小写，参数和用户定义类型大写
• 代码长度：每个HDL代码占用一行，每行代码长度最好不要超过72个字符
• 下划线：Verilog对下划线的使用没有明确规定，建议在文件名、模块名、信号名中使用下划线而非空白符作为符号间隔
• 缩进：适当地利用空白符进行缩进，有助于理解大型设计；使用缩进格式书写条件或循环部分代码，增强代码的可读性；每个缩进占两个空格为宜；避免使用Tab键录入空白符

对于FPGA设计，还需要注意：

• 文件名与module名要一致，一个文件一个module
• 统一的复位方式，异步复位上升沿有效（无论软复位或硬复位）
• 尽量避免用低电平有效的信号，尽量高电平有效
• 状态机一定要采用三段式
• 端口声明输入输出要分开，最好要有区分输入输出的标示
• 条件分支要写全。Case及if?else等
• 信号名不要过长，不要超过32个字母
• 所有寄存器都要复位且有初始值
• 不允许使用门控时钟或门控的复位
• 组合逻辑阻塞赋值，时序逻辑非阻塞赋值
• 内部信号避免出现三态
• 避免出现latch
• 多使用parameter，增加修改的便利性
• 连接同一端口的同一组信号尽量有公共的符号表示，如dav\sop\eop等
• 不允许将多个寄存器写到一个always里面；
• 要为每一个寄存器单独写一个always，哪怕两个信号很相关；
• 要有写电路的意识，不能是写软件的风格（代码短）；
• 按照横向思维，每个信号都要仔细考虑，考虑全。刚开始时尽量避免同一个寄存器在多个模块里面都赋值（Multi?Driver）；
• 代码->电路，写的时候一定明白什么样的代码产生什么样的电路；
• 设计流程：设计目标分析->功能模块划分->确定关键电路时序和模块间时序->具体电路设计设计电路尤其是数字电路，最关键的一环是：设计各模块间的接口时序。这个工作必须在具体电路设计之前确定下来。综合的TOP_DOWN流程是对整个芯片加约束；而综合的BOTTOM_UP流程是先把小模块做综合，然后把综合好的模块用一个顶层的模块包进去，再综合一次。电路较大时，用BOTTOM_UP流程。时序是事先设计出来的，而不是事后测出来的，更不是凑出来的！