IEEE Standard(1)--Conventions

本文最后更新于：Wednesday, September 30th 2020, 8:01 pm

1、Overview

1.1 Convention

shall: 用于法定的要求（mandatory requirement）

may: 用于可选的特性（optional feature）

1.2 Syntactic description

BNF描述方法(Backus-Naur Form)：

基本结构为：::=

  • ::=：被定义为的意思
  • “ ”: 双引号表示字符串，也就是终结符，不能再被定义。
  • 在双引号外的字代表着语法部分；基本类型 ::= 字符串 | 数字 | 布尔,其中字符串、数字、布尔具体是什么，由下面的规则定义（递归）
  • <>：尖括号里的内容表示必选内容；
  • [...]: 表示可选。
  • {...}:表示重复；实例：AB ::= "a" {"b"}表示：AB由一个a加上任意数量（包括0个）个b组成
  • (...): 表示分组，用来控制优先级；AX ::= "a" ("m"|"n")表示：AX由一个a加上m或者n组成
  • (*...*) : 注释，说明性文本，不表示任何语法。

  1. 小写单词，一些包含下划线的：语法目录（syntactic categories）

    ​ module_declaration

  2. 粗体：保留字、操作符、标点符号

    ​ module => ;

  3. 竖条|分割可选单元。如果它以粗体形式出现，它才表示自己。

    ​ unary_operator ::= + | - | ! | ~ | & | ~& | |(或) | ~|(或非) | ^ | ~^ | ^~（都表示同或)

  4. 方括号[…]包含可选项。

    input_declaration ::= input [range] list_of_variables;

  5. 花括号{}除非以粗体出现，它才表示自己，否则表示重复。重复从左到右进行，和左递归等效。

    • list_of_param_assignments ::= param_assignment { , param_assignment }

    • list_of_param_assignments ::=
      param_assignment| list_of_param_assignment , param_assignment

  6. 任何目录的名字以斜体开头，等效于没有斜体部分的目录名。斜体部分只是为了传达semantic information。

    mark

  7. 正文中当一个term被定义时使用斜体；在例子，文件名，常量特别时0，1，x和z的值时使用constant-width字体（等宽字体）

2、Lexical convention

2.1、Lexical tokens

Verilog HDL source file shall be a stream of lexical tokens. A lexical tokens shall consist of one or more characters.
verilog源文件应该是一连串语法标记，一个语法标记由一个或多个字符组成。

源文件中tokens的位置是随意的，也就是说：除了token分隔符，空格和换行不应该有特殊意义，转义字符除外。

有如下几种语法标记

  • White space
  • Comment
  • Operator
  • Number
  • String
  • Identifier
  • Keyword

2.2、White space

white space应该包含：用于空格、制表符、换行符和格式提要的字符。这些字符应该被忽略除了当它们用于分割其他语法标记(tokens)。但是blanks和tabs被认为是有意义的字符在字符串中。

2.3、Comments

  • 单行注释 //
  • 块注释：/* …. */

2.4、Operators

操作符可以是单个，双个或三个字符的序列，并被用在表达式中。Clause5将讨论表达式中操作符的使用。

单目运算符(Unary operators)：在操作数(operand)的左边

双目运算符(Binary operators)：在两个操作数中间

三木运算符(Triple operator or conditional operator): 有两个操作符字符分割三个操作数（a? x: y)

2.5、Numbers

Constant numbers可以被指定为integer constant或者real constant

2.5.1、Integer constant

有两种表达方式：

  1. 简单的十进制数：a sequence of digits of 0 through 9。开头可以加上+或者-（被视为有符号的整数）
  2. 指定基码（d，h，o，b）：可选的位宽+'(ASCII 0x27)+基码+digits
    • 位宽：非零无符号十进制数
    • 基码：大小写不敏感；前面可选s指示是否为有符号数（没有s时默认为unsigned integers)
    • '与基码中间不能有空格。⭐
    • digits: 应该紧跟着基码，前面也可以有空格。a-f不区分大小写
    • s不影响指定的位模式，只改变解释方式。❓
  • 负数用补码表示
  • x代表unknown value；z代表high-impedance value（x应该设为4bit对于h的基码，3bit对于o的基码；z同理）
  • 如果无符号数位宽小于指定位宽，那么用0填充；如果无符号数最左边的位是x或z;那么用x或z填充。如果无符号位宽大于指定，那么应该从左边截断到指定位宽。
  • 没有指定位宽的数字至少为32位；对于高位是x或者z的没有位宽无符号常数应位扩展到包含该常数的表达式的大小。❓
  • ?是z的替代字符。在高阻值不需要注意时，可用？来增加可读性。
  • 在十进制常数中，无符号数不能包含任何x,z,?；除非只有一个digit，指示其中每一位都是x或者z。
  • _下划线在数字的任何位置都是合法的，除了第一个字符。下划线是没有意义的 ，只是为了分割长的数字提高可读性。

无符号数：

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/************* Example 1--Unsized constant numbers *****************/
659   		 // is a decimal number 
'h 837FF 	 // is a hexadecimal number 
'o7460 	 	 // is an octal number 
4af  		 // is illegal (hexadecimal format requires 'h)

/************* Example 2--Sized constant numbers *****************/
4'b1001 	// is a 4-bit binary number 
5 'D 3 		// is a 5-bit decimal number 
3'b01x 		// is a 3-bit number with the least significant bit unknown 
12'hx 		// is a 12-bit unknown number 
16'hz 		// is a 16-bit high-impedance number

有符号数的表示意义：

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/************* Example 3—Using sign with constant numbers *****************/
8 'd -6 	// this is illegal syntax 
-8 'd 6	 	// this defines the two's complement of 6, held in 8 bits—equivalent to -(8'd 6) 
4 'shf 		// this denotes the 4-bit number '1111', to be interpreted as a 2's complement number, 
			// or '-1'. This is equivalent to -4'h 1 
-4 'sd15 	// this is equivalent to -(-4'd 1), or '0001'
16'sd?   	// the same as 16'sbz

自动左填充：

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/************* Example 4—Automatic left padding **************************/
reg  [11:0] a, b, c, d;
initial begin
a = 'h x; 	// yields xxx
b = 'h 3x; 	// yields 03x
c = 'h z3; 	// yields zz3
d = 'h 0z3; // yields 0z3
end
reg  [84:0]      e, f, g; 
e = 'h5;    // yields {82{1'b0},3'b101}
f = 'hx;    // yields {85{1'hx}}
g = 'hz;    // yields {85{1'hz}}

使用下划线：

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/************* Using underscore character in numbers *******************/
27_195_000 
16'b0011_0101_0001_1111 
32 'h 12ab_f001

2.5.2、Real constants

real constants用IEEE Std 754-1985，双精度浮点数表示

有两种表示方法：

  1. 十进制表示：14.72
  2. 科学计数法：39e8（表示39乘以10的8次方）

注意：带有小数点的实数至少在小数点两边各有一位。

.12  9.   4.E3   .2e-7 都是不合法的

2.5.3、Convertion

实数向整数转化：四舍五入到最近的整数，而不是截断。

当一个实数被赋值给整数时：进行隐士转化(implicit conversion)

四舍五入规则：away from zero

  • -1.5 转化为-2；1.5转化为2

2.6、Strings

字符串是一个字符序列，用(“ “)括起来，包含在一行中。字符串可以用作表达式的操作数；赋值时被当成无符号整数常数，一个8-bit的ASCII值对应一个字符。

2.6.1、String variable declaration

字符串变量是reg类型，宽度=字符个数*8

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/********* "Hello world!"一共12个字符 ********/
reg [8*12:1] stringvar;
initial   begin
  stringvar = "Hello world!";
end

2.6.2、String manipulation

字符串可以用Verilog的操作符进行操纵。被操纵的值是8bit ASCII值序列

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module  string_test;
reg  [8*14:1] stringvar;
initial begin
    stringvar = "Hello world";
    $display ("%s is stored as %h", stringvar,stringvar);
    stringvar = {stringvar,"!!!"};
    $display ("%s is stored as %h", stringvar,stringvar);
end
endmodule


/************** outputs ****************/
Hello world is stored as 00000048656c6c6f20776f726c64
Hello world!!! is stored as 48656c6c6f20776f726c64212121
  • 当变量占用空间大于所分配的空间时，值向右调整，最左边用0填充，与处理非字符串的值一样。
  • 当占用空间大于分配空间时，字符串还是向右调整，最左边的截断。

2.6.3 Special characters in strings

有些字符只有前面加上escape character它们才能在字符串里面使用

mark

2.7、Identifiers，keywords,and system names

标识符用于给一个对象独一无二的名字，使得它们能呗引用。

简单的标识符：字母，数字，$,  _组成。开头只能是字母或者下划线。（_bus, wan$li)

实现的时候标识符有最大长度，它的限制应该至少为1024个字符。如果一个标识符长度超过这个，系统应该报错。

2.7.1 Escaped identifiers

转义标识符以反斜杠\开始，以white space(space, tab,newline)结束。它们提供了在标识符中包含任何可打印字符的方法（33(!)-126(~)；$21_h$-$7E_h$)。

前导反斜杠和结尾的空白字符都不算标识符的一部分，因此，\cpu3被认为和cpu3一样。

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\busa+index
\-clock
\***error-condition***
\net1/\net2
\{a,b}
\a*(b+c)

2.7.2 Keywords

关键字是先前定义好的非转义标识符，它们被用来定义语言结构。关键字前面加上转义字符不被解释为关键字

mark

2.7.3 System tasks and functions❓

美元符号()开头的名字被解释为系统任务或者系统函数。

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/*********** for example **********/
$display  ("display a message");
$finish ;

2.7.4 Compiler directives

`（ASICC value 0x60)字符引导用于实现编译器指令的语言结构；，一个描述文件中的编译器指令可以控制多个描述文件中的编译行为。

`identifier 编译器指令结构在以下两种地方定义

  • 标准标识符编译器指令
  • 由软件实现定义的附加’标识符编译器指令。

任何有效的标识符，包括已经在除此构造之外的上下文中使用的关键字，都可以用作编译器指令名

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/*********** for example **********/
`define  wordsize 8

2.8、Attributes

随着使用Verilog HDL作为源代码的仿真器以外的工具的激增(proliferation); Verilog引入一种机制：用于指定关于HDL源代码中对象、语句和语句组的属性，这些属性可被各种工具(包括模拟器)使用，以控制工具的操作或行为。这些属性被称作attribute. 本小节将介绍: 可以用于指定属性的语法机制。

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attribute_instance ::= (* attr_spec { , attr_spec } *)  
attr_spec ::= 
	attr_name [ = constant_expression ]
attr_name ::= 
identifier

attribute_instance：1、作为声明，模块项目，语句或者端口连接的前缀。2、运算符或在一个表达式中Verilog函数名的后缀

如果没有给属性指派值，那么值默认为1；如果对相同的language element定义多个相同的属性名字，那么最后一个属性值将被使用；工具可以在这种情况下给个warning。

nesting of attribute instances 不被允许；用包含属性实例的常量表达式(constant expression that contains an attribute instance)去给属性赋值是不合法的。

2.8.1 Examples

  • 范例1：给case语句贴上属性

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    (* full_case, parallel_case *)
    case  (foo)
    <rest_of_case_statement>

    or

    (* full_case=1 *)
    (* parallel_case=1 *) // Multiple attribute instances also OK
    case  (foo)
    <rest_of_case_statement>

    or

    (* full_case, // no value assigned；默认为1
    parallel_case=1 *)
    case  (foo)
    <rest_of_case_statement>

  • 范例2：给模块定义加属性

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    (* optimize_power *)
    module  mod1 (<port_list>);

  • 范例3：给模块实例加属性

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    (* optimize_power=0 *)
    mod1 synth1 (<port_list>);

  • 范例4：给reg声明加属性

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    (* fsm_state *)  reg  [7:0] state1;
    (* fsm_state=1 *)  reg  [3:0] state2, state3;
    reg  [3:0] reg1;  // this  reg  does NOT have fsm_state set
    (* fsm_state=0 *)  reg  [3:0] reg2;  // nor does this one

  • 范例5：给操作符加属性

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    a = b ? (* no_glitch *) c : d;
    a = b + (* mode = "cla" *) c;

    2.8.2 Syntax(省略)

Digital IC verilog
specification

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