在層次化的設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們常常將復(fù)雜電路系統(tǒng)進(jìn)行功能模塊劃分，先設(shè)計(jì)各個(gè)子功能模塊電路，然后再在頂層模塊中通過實(shí)例化這些子模塊，并通過各個(gè)子模塊的輸入輸出端口進(jìn)行模塊間的互聯(lián)，來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電路設(shè)計(jì)。

在這里，為了說明實(shí)例化的方法，我使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的門電路的例子，幫助大家理解和掌握。當(dāng)然，在實(shí)際當(dāng)中我們是不會(huì)去這樣去進(jìn)行設(shè)計(jì)的，當(dāng)有了這樣的邏輯表達(dá)式，我們僅使用一條assign語句就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)了。這里僅僅是給大家演示實(shí)例化的方法。

0****1系統(tǒng)模塊劃分

要實(shí)現(xiàn)一個(gè)與或非邏輯的電路，可以先將這個(gè)電路進(jìn)行模塊劃分，根據(jù)功能劃分為與門和或非門，如下圖所示。

△ 與或非門模塊劃分

0****2子模塊設(shè)計(jì)

模塊劃分好后，分別對(duì)與門和或非門進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)。在這里，我們可以將子功能模塊看作一個(gè)電路或者一個(gè)具有一定功能的芯片，我們現(xiàn)在要對(duì)這個(gè)芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)包括模塊名稱、端口聲明，電路功能描述。

△ 子功能模塊設(shè)計(jì)

03頂層模塊搭建

子模塊設(shè)計(jì)好后，我們需要再新建一個(gè)源程序.v文件作為頂層文件，并進(jìn)行頂層模塊的設(shè)計(jì)。頂層模塊的端口就是最終整個(gè)電路的端口。與或非門有四個(gè)輸入端口，分別是A、B、C和D，輸出端口是L。

**規(guī)則：**頂層模塊中只出現(xiàn)模塊的實(shí)例化，不要有assign或always等功能描述語句。

接下來，我們要將設(shè)計(jì)的子模塊實(shí)例化到頂層文件中。這個(gè)過程就好像將一個(gè)個(gè)帶引腳的芯片，用導(dǎo)線將他們的引腳根據(jù)輸入輸出關(guān)系進(jìn)行連接，形成最終的數(shù)字電路系統(tǒng)。

模塊實(shí)例化中信號(hào)與模塊端口的接方式有兩種，位置對(duì)應(yīng)方式和名稱對(duì)應(yīng)方式。

（1）位置對(duì)應(yīng)方式

實(shí)例化模塊時(shí)，上層模塊的信號(hào)必須嚴(yán)格按照低層模塊端口聲明的順序一一對(duì)應(yīng)連接。例如本示例中可以這樣寫：

my_AND U1 (A, B, c1);

my_AND U2 (C, D, c2);

my_NOR U3 (c1, c2, L);

（2）名稱對(duì)應(yīng)方式（推薦）

實(shí)例化模塊時(shí)，使用端口名稱進(jìn)行連接，使用“.”符號(hào)標(biāo)明原模塊定義的端口，其后所跟括號(hào)中為與之相連接的信號(hào)名，如下圖所示，即為名稱對(duì)應(yīng)方式的寫法。此方式不需要按順序排列。

△ 頂層模塊設(shè)計(jì)

my_AND是子模塊的模塊名，實(shí)例化后的實(shí)例需要一個(gè)名稱來唯一指定該器件，例如這里的U1、U2和U3。a、b、c是原子模塊中定義的端口名稱，括號(hào)中是在頂層模塊中所要連接的端口。

模塊內(nèi)部信號(hào)，要聲明為wire型，如這里的c1和c2。

總結(jié)一下，在設(shè)計(jì)之初，我們需要將電路系統(tǒng)進(jìn)行模塊劃分，然后進(jìn)行子模塊設(shè)計(jì)，具有相同功能和端口的電路，只需要設(shè)計(jì)一次，然后在頂層模塊中進(jìn)行子模塊的實(shí)例化，每個(gè)實(shí)例都有獨(dú)一無二的實(shí)例名，因?yàn)樗麑?duì)應(yīng)的實(shí)實(shí)在在的電路，在對(duì)相同的模塊進(jìn)行實(shí)例化時(shí)，實(shí)例化幾次就產(chǎn)生幾個(gè)相同的電路，由實(shí)例名唯一指定。最后通過端口和信號(hào)線將子模塊的輸入輸出根據(jù)邏輯關(guān)系進(jìn)行連接。

04自頂向下的設(shè)計(jì)

自頂向下是一種設(shè)計(jì)思想，是解決復(fù)雜問題的有效方法。在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者要先從整個(gè)系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)出發(fā)，先進(jìn)行最上層的設(shè)計(jì)。例如，與或非門設(shè)計(jì)示例中，我們先設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的模塊名，輸入、輸出端口。

接下來，將系統(tǒng)分成若干個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)分成若干功能模塊，模塊還可以繼續(xù)向下劃分成子模塊，直至分成許多最基本的數(shù)字功能電路。

在自頂向下的設(shè)計(jì)中，我們可以先逐級(jí)設(shè)計(jì)每一層次中各個(gè)子系統(tǒng)或子模塊的輸入、輸出端口，以及模塊之間的連接關(guān)系。根據(jù)設(shè)計(jì)可以在在頂層模塊中，將各個(gè)子系統(tǒng)通過實(shí)例化進(jìn)行連接。此時(shí)，可以不必關(guān)心模塊具體是如何實(shí)現(xiàn)的，底層模塊的具體設(shè)計(jì)可以放在最后去完成。

也就是說，實(shí)際上，上述“ 02子模塊設(shè)計(jì)” 與“ 03頂層模塊的搭建 ”兩部分的順序應(yīng)該顛倒一下，先從全局視角進(jìn)行頂層模塊的設(shè)計(jì)與搭建，最終再進(jìn)行子模塊功能設(shè)計(jì)。

而最終的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，則是一個(gè)自底向下的過程。先完成每個(gè)底層模塊的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，再一步步逐級(jí)向上進(jìn)行驗(yàn)證，直至整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。