練習(xí)十. 通過模塊之間的調(diào)用實(shí)現(xiàn)自頂向下的設(shè)計(jì)目的：學(xué)習(xí)狀態(tài)機(jī)的嵌套使用實(shí)現(xiàn)層次化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。
現(xiàn)代硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程與軟件系統(tǒng)的開發(fā)相似，設(shè)計(jì)一個(gè)大規(guī)模的集成電路的往往由模塊多層次的引用和組合構(gòu)成。層次化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)過程，能使復(fù)雜的系統(tǒng)容易控制和調(diào)試。 在Verilog HDL中，上層模塊引用下層模塊與C語言中程序調(diào)用有些類似，被引用的子模塊在綜合時(shí)作為其父模塊的一部分被綜合，形成相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行模塊實(shí)例引用時(shí)，必須注意的是模塊之間對(duì)應(yīng)的端口，即子模塊的端口與父模塊的內(nèi)部信號(hào)必須明確無誤地一一對(duì)應(yīng)，否則容易產(chǎn)生意想不到的后果。
下面給出的例子是設(shè)計(jì)中遇到的一個(gè)實(shí)例，其功能是將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行數(shù)據(jù)送交外部電路編碼，并將解碼后得到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)交由CPU處理。顯而易見，這實(shí)際上是兩個(gè)獨(dú)立的邏輯功能，分別設(shè)計(jì)為獨(dú)立的模塊，然后再合并為一個(gè)模塊顯得目的明確、層次清晰。
// ----------------?? p_to_s.v ---------------------------------
module? p_to_s(D_in,T0,data,SEND,ESC,ADD_100);
??? output??????? D_in,T0;??????????? // D_in是串行輸出，T0是移位時(shí)鐘并給
????????????????????????????????????? // CPU中斷，以確定何時(shí)給出下個(gè)數(shù)據(jù)。
??? input?? [7:0] data;?????????????? //并行輸入的數(shù)據(jù)。
??? input???????? SEND,ESC,ADD_100;?? //SEND、ESC共同決定是否進(jìn)行并到串
????????????????????????????????????? //的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化。ADD_100決定何時(shí)置數(shù)。
??? wire????????? D_in,T0;
??? reg [7:0] DATA_Q,DATA_Q_buf;
?
??? assign??????? T0 = ! (SEND & ESC);????? //形成移位時(shí)鐘。.
??? assign??????? D_in = DATA_Q[7];???????? //給出串行數(shù)據(jù)。
?
??? always @(posedge T0 or negedge ADD_100)? //ADD_100下沿置數(shù)，T0上沿移位。
????? begin
??????? if(!ADD_100)
????????? DATA_Q = data;
??????? else
????????? begin
????????? DATA_Q_buf = DATA_Q<<1;??????? //DATA_Q_buf作為中介，以令綜合器
????????? DATA_Q??? = DATA_Q_buf;?????????? //能辨明。
????????? end
????? end
endmodule
在p_to_s.v中，由于移位運(yùn)算雖然可綜合，但是不是簡(jiǎn)單的RTL級(jí)描述，直接用DATA_Q<=DATA_Q<<1的寫法在綜合時(shí)會(huì)令綜合器產(chǎn)生誤解。另外，在該設(shè)計(jì)中，由于時(shí)鐘T0的頻率較低，所以沒有象以往那樣采用低電平置數(shù)，而是采用ADD_100的下降沿置數(shù)。
//--------------------- s_to_p.v ---------------------------
module s_to_p(T1, data, D_out,DSC,TAKE,ADD_101);
?????? output?????? T1;???????????????????? //給CPU中斷，以確定CPU何時(shí)取轉(zhuǎn)化
??????????????????????????????????????????? //得到的并行數(shù)據(jù)。?????????????
?????? output [7:0] data;????????????????
?????? input?? D_out, DSC, TAKE, ADD_101;? //D_out提供輸入串行數(shù)據(jù)。DSC、TAKE
?????????????????????????????????????????? //共同決定何時(shí)取數(shù)。??????????
?????? wire?? [7:0] data;
?????? wire???????? T1,clk2;
?????? reg??? [7:0] data_latch, data_latch_buf;
??????
?????? assign?????? clk2 = DSC? & TAKE ;?? //提供移位時(shí)鐘。??????
?????? assign?????? T1 = !clk2;
??????
?????? assign?????? data =? (!ADD_101) ? data_latch : 8'bz;???
?????? always@(posedge clk2)
??????????? begin
?????????????? data_latch_buf = data_latch << 1;?? //data_latch_buf作緩沖
?????????????? data_latch???? = data_latch_buf;?? //，以令綜合器能辯明。
??????????????? data_latch[0] = D_out;
?????????? end
endmodule
將上面的兩個(gè)模塊合并起來的sys.v的源代碼：
//------------------- sys.v ---------------------------
`include "./p_to_s.v"
`include "./s_to_p.v"
module sys(D_in,T0,T1, data, D_out,SEND,ESC,DSC,TAKE,ADD_100,ADD_101);
? input???????? D_out,SEND,ESC,DSC,TAKE,ADD_100,ADD_101;
? inout? [7:0]? data;
? output??????? D_in,T0,T1;
?
? p_to_s?? p_to_s(.D_in(D_in),.T0(T0),.data(data),
??????????????? .SEND(SEND),.ESC(ESC),.ADD_100(ADD_100));
? s_to_p?? s_to_p(.T1(T1),.data(data),.D_out(D_out),
????????? .DSC(DSC),.TAKE(TAKE),.ADD_101(ADD_101));
?
endmodule
測(cè)試模塊源代碼：
//-------------Top test file for sys.v ------------------
`timescale 1ns/100ps
`include "./sys.v"
module Top;
?reg D_out,SEND,ESC,DSC,TAKE,ADD_100,ADD_101;
?reg[7:0] data_buf;
?wire [7:0] data;
?wire clk2;
?assign? data = (ADD_101) ? data_buf : 8'bz;??
???????????????????????????????? //data在sys中是inout型變量，ADD_101
???????????????????????????????? //控制data是作為輸入還是進(jìn)行輸出。
assign? clk2 =DSC && TAKE;
initial?
? begin
???? SEND = 0;
???? ESC = 0;
???? DSC = 1;
???? TAKE = 1;
???? ADD_100 = 1;
???? ADD_101 = 1;
? end
initial
? begin
??? data_buf = 8'b10000001;
??? #90 ADD_100 = 0;
??? #100 ADD_100 = 1;
? end
always
? begin
??? #50;
??? SEND = ~SEND;
??? ESC = ~ESC;
? end
initial
? begin
??? #1500 ;
??? SEND = 0;
??? ESC? = 0;
??? DSC? = 1;
??? TAKE = 1;
??? ADD_100 = 1;
??? ADD_101 = 1;
??? D_out = 0;???
??? #1150 ADD_101 = 0;
??? #100 ADD_101 =1;
??? #100 $stop;
? end
always
? begin
??? #50 ;
??? DSC = ~DSC;
??? TAKE = ~TAKE;
? end
always @(negedge clk2) D_out = ~D_out;
sys??? sys(.D_in(D_in),.T0(T0),.T1(T1),.data(data),.D_out(D_out),
????????????? .ADD_101(ADD_101), .SEND(SEND),.ESC(ESC),.DSC(DSC),
?????????????????????????????????? .TAKE(TAKE),.ADD_100(ADD_100));?
endmodule
仿真波形：[[wysiwyg_imageupload:255:]]
練習(xí)：設(shè)計(jì)一個(gè)序列發(fā)生器。要求根據(jù)輸入的8位并行數(shù)據(jù)輸出串行數(shù)據(jù),如果輸入數(shù)據(jù)在0—127之間則輸出一位0，如果輸入數(shù)據(jù)在128—255之間則輸出一位1，同步時(shí)鐘觸發(fā)；并且和范例8的序列檢測(cè)器搭接，形成一個(gè)封閉系統(tǒng)。編寫測(cè)試模塊，并給出仿真波形。