编译预处理是 Verilog HDL 编译系统的一个组成部分,指编译系统会对一些特殊命令进
行预处理,然后将预处理结果何源程序一起再进行通常的编译处理。以“ `”(反引号)开始
的某些标识符是编译预处理语句。在 Verilog HDL 语言编译时,特定的编译器指令在整个编
译过程中有效(编译过程可跨越多个文件),直到遇到其它的不同编译程序指令。常用编译
预处理语句如下:
- `define, `undef
- `ifdef, `else, `endif
- `default_nettype
- `include
- `resetall
- `timescale
- `unconnected_drive, `nounconnected_drive
- `celldefine, `endcelldefine
其中下面这几条比较常用:
- `define, `undef
- `ifdef, `else, `endif
- `include
- `timescale
`define, `undef
`define
在编译阶段,`define 用于文本替换。
一旦 `define 指令被编译,其在整个编译过程中都会有效。例如,在一个文件中定义:
`define MAX_BUS_SIZE 32
则在另一个文件中也可以直接使用 MAX_BUS_SIZE 。
`define S $stop; //用`S来代替系统函数$stop; (包括分号) `define WORD_DEF reg [31:0] //可以用`WORD_DEF来声明32bit寄存器变量
关于宏定义指令,有下面 8 条规则需要注意:
( 1)宏定义的名称可以是大写,也可以是小写,但要注意不要和变量名重复。
( 2)和所有编译器伪指令一样,宏定义在超过单个文件边界的时仍有效(对工程中的其他源文件),除非被后面的`define `undef 或 `resetall 伪指令覆盖,否则`define 不受范围限制。
( 3)当用变量定义宏时,变量可以在宏正文使用,并且在使用宏的时候可,以用实际的变量表达式代替。
( 4)通过用反斜杠“ \”转义中间换行符,宏定义可以跨越几行,新的行是宏正文的一部分。
( 5)宏定义行末不需要添加分号“ ;”结束。
( 6)宏正文不能分离以下的语言记号:注释、数字、字符串、保留的关键字、运算符。
( 7)编译器伪指令不允许作为宏的名字。
( 8)宏定义中的本文也可以是一个表达式,并不仅用于变量名称替换。
`define 和 parameter 的区别:
`define 和 parameter 都可以用于完成文本替换的功能,但其存在本质上的不同,前者是编译之前就预处理,而后者是在正常编译过程中完成替换的。此外, `define 和 parameter 存在下列两点不同之处。
- 作用域不同:parameter 作用于声明的那个文件; `define 从编译器读到这条指令开始到编译结束都有效,或者遇到`undef 命令使之失效,可以应用于整个工程。如果要让 parameter 作用于整个项目,可以将如下声明写于单独文件,并用`include 让每个文件都包含声明文件:`define 也可以写在代码的任何位置,而 parameter 则必须在应用之前定义。通常编译器都可以定义编译顺序,或者从最底层模块开始编译。因此写在最底层就可以了。
- 传递功能不同:parameter 可以用作模块例化时的参数传递,实现参数化调用; `define 语句则没有此作用。 `define 语句可以定义表达式,而 parameter 只能用于定义变量。
`undef
`undef 用来取消之前的宏定义,例如:
`define WORD 16 // 建立一个文本宏替代。
...
wire [ `WORD : 1] Bus;
...
`undef WORD
// 在 `undef 编译指令后, WORD 的宏定义不再有效 7
`include
使用 `include 可以在编译时将一个 Verilog 文件内嵌到另一个 Verilog 文件中。该指令通常用于将全局或公用的头文件包含在设计文件里。
文件路径既可以使用相对路径,也可以使用绝对路径。
`include "../../param.v"
编译时,这一行由文件 “ “../../param.v”” 的内容替代。在实际开发中, `include 命令是很分有用的,可以节省设计人员的重复劳动。关于文件说明:
- 一个`include 指令只能指定一个被包含的文件。如果要完成 N 个文件的包含,则需要调用 N 个`include 指令。
- 如果文件 A 包含了文件 B 和文件 C,则文件 C 可以直接利用文件 B 的内容,同样文件 B 也可以直接利用文件 C 的内容。
`timescale
在 Verilog 模型中,时延有具体的单位时间表述,并用 `timescale 编译指令将时间单位与实际时间相关联。
该指令用于定义时延、仿真的单位和精度,格式为:
`timescale time_unit / time_precision
time_unit 表示时间单位,time_precision 表示时间精度,它们均是由数字以及单位 s(秒),ms(毫秒),us(微妙),ns(纳秒),ps(皮秒)和 fs(飞秒)组成。时间精度可以和时间单位一样,但是时间精度大小不能超过时间单位大小,例如下面例子中,输出端 Z 会延迟 5.21ns 输出 A&B 的结果。
`timescale 1ns/100ps //时间单位为1ns,精度为100ps,合法
//`timescale 100ps/1ns //不合法
module AndFunc(Z, A, B);
output Z;
input A, B ;
assign #5.207 Z = A & B
endmodule
在编译过程中,`timescale 指令会影响后面所有模块中的时延值,直至遇到另一个 `timescale 指令或 `resetall 指令。
由于在 Verilog 中没有默认的 `timescale,如果没有指定 `timescale,Verilog 模块就有会继承前面编译模块的 `timescale 参数。有可能导致设计出错。
如果一个设计中的多个模块都带有 `timescale 时,模拟器总是定位在所有模块的最小时延精度上,并且所有时延都相应地换算为最小时延精度,时延单位并不受影响。例如:
`timescale 10ns/1ns
module test;
reg A, B ;
wire OUTZ ;
initial begin
A = 1;
B = 0;
# 1.28 B = 1;
# 3.1 A = 0;
end
AndFunc u_and(OUTZ, A, B) ;
endmodule
在模块 AndFunc 中,5.207 对应 5.21ns。
在模块 test 中,1.28 对应 13ns,3.1 对应 31ns。
但是,当仿真 test 时,由于 AndFunc 中的最小精度为 100ps,因此 test 中的时延精度将进行重新调整。13ns 将对应 130*100ps,31ns 将对应 310*100ps。仿真时,时延精度也会使用 100ps。仿真时间单位大小没有影响。
如果有并行子模块,子模块间的 `timescale 并不会相互影响。
例如在模块 test 中再例化一个子模块 OrFunc。仿真 test 时,OrFunc 中的 #5.207 延时依然对应 52ns。
//子模块:
`timescale 10ns/1ns //时间单位为1ns,精度为100ps,合法
module OrFunc(Z, A, B);
output Z;
input A, B ;
assign #5.207 Z = A | B
endmodule
//顶层模块:
`timescale 10ns/1ns
module test;
reg A, B ;
wire OUTZ ;
wire OUTX ;
initial begin
A = 1;
B = 0;
# 1.28 B = 1;
# 3.1 A = 0;
end
AndFunc u_and(OUTZ, A, B) ;
OrFunc u_and(OUTX, A, B) ;
endmodule
此例中,仿真 test 时,OrFunc 中的 #5.207 延时依然对应 52ns。
`timescale 的时间精度设置是会影响仿真时间的。时间精度越小,仿真时占用内存越多,实际使用的仿真时间就越长。所以如果没有必要,应尽量将时间精度设置的大一些。
条件编译命令`if 语句
条件编译指令包括`ifdef、 `else 和 `endif,其中`ifdef 定义指定的宏是否决定条件编译Verilog HDL 代码,其应用语法格式有下列两类:
`ifdef MacroName
语句块;
`endif
`ifdef MacroName
语句块 1;
`else
语句块 2;
`endif
可以看出, `else 程序指令对于 `ifdef 指令是可选的。条件编译语句可以在程序的任何地方调用,其规则如下:
( 1)如果宏的名字已经用了`define 定义那么只编译 Verilog 代码的第一个块;
( 2)如果没有定义宏的名字而且出现`else 伪指令那么只编译第二个块;
( 3)这些伪指令可以嵌套;
( 4)不被编译的代码都应是有效的 Verilog 代码。
条件编译的简单实例如下:`ifdef WINDOWS
parameter WORD_SIZE = 16
`else
parameter WORD_SIZE = 32
endif
在编译过程中,如果已定义了名字为 WINDOWS 的文本宏,就选择第一种参数声明,否则选择第二种参数说明。
`resetall
该编译器指令将所有的编译指令重新设置为缺省值。
`resetall 可以使得缺省连线类型为线网类型。
当 `resetall 加到模块最后时,可以将当前的 `timescale 取消防止进一步传递,只保证当前的 `timescale 在局部有效,避免 `timescale 的错误继承。
`default_nettype
该指令用于为隐式的线网变量指定为线网类型,即将没有被声明的连线定义为线网类型。
`celldefine, `endcelldefine
这两个程序指令用于将模块标记为单元模块,他们包含模块的定义。例如一些与、或、非门,一些 PLL 单元,PAD 模型,以及一些 Analog IP 等。
`celldefine
module (
input clk,
input rst,
output clk_pll,
output flag);
……
endmodule
`endcelldefine
`unconnected_drive, `nounconnected_drive
在模块实例化中,出现在这两个编译指令间的任何未连接的输入端口,为正偏电路状态或者为反偏电路状态。
`unconnected_drive pull1 . . . / *在这两个程序指令间的所有未连接的输入端口为正偏电路状态(连接到高电平) * / `nounconnected_drive
`unconnected_drive pull0 . . . / *在这两个程序指令间的所有未连接的输入端口为反偏电路状态(连接到低电平) * / `nounconnected_drive
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