Verilog例化說(shuō)明

1.什么是模塊例化？為什么要例化？

模塊例化可以理解成模塊調(diào)用。對(duì)于一個(gè)FPGA工程，通常是由一個(gè)頂層模塊與多個(gè)功能子模塊組成，為了實(shí)現(xiàn)頂層模塊與子模塊的連接，需要進(jìn)行模塊間的例化（或說(shuō)是調(diào)用）。在一個(gè)FPGA項(xiàng)目工程中，其輸入、輸出端口命名通常在設(shè)計(jì)前期就已確定下來(lái)，但會(huì)存在一些中間變量，一個(gè)工程可能會(huì)讓不同的工程師在不同的時(shí)間段內(nèi)共同完成，不同的人對(duì)于這些變量的命名會(huì)有所不同，故例化很有必要。

2.實(shí)例說(shuō)明例化方法

實(shí)例：靜態(tài)數(shù)碼管顯示
根據(jù)功能將 FPGA 頂層例化了以下兩個(gè)功能子模塊：計(jì)時(shí)模（time_count）和數(shù)碼管靜態(tài)顯示模塊（seg_led_static），如下圖所示：

1.計(jì)時(shí)模塊（僅顯示端口及參數(shù)）

module time_count(
inputclk ,                       // 時(shí)鐘信號(hào)
inputrst_n ,                     // 復(fù)位信號(hào)

output reg  flag                        // 一個(gè)時(shí)鐘周期的脈沖信號(hào)
);

//parameter define
parameter MAX_NUM = 25000_000;         // 計(jì)數(shù)器最大計(jì)數(shù)值
......(省略功能代碼)

endmodule

2.數(shù)碼管靜態(tài)顯示模塊（僅顯示端口及參數(shù)）

module seg_led_static ( 
input  clk ,                // 時(shí)鐘信號(hào)
input  rst_n ,              // 復(fù)位信號(hào)（低有效）
input  add_flag,            // 數(shù)碼管變化的通知信號(hào)

output reg [5:0] sel ,                // 數(shù)碼管位選
output reg [7:0] seg_led              // 數(shù)碼管段選
 );
......（省略功能代碼）
 
 endmodule

3.頂層模塊（著重看下面“例化計(jì)時(shí)模塊”、“例化數(shù)碼管靜態(tài)顯示模塊”）

module seg_led_static_top (
input  sys_clk ,              // 系統(tǒng)時(shí)鐘
input  sys_rst_n,             // 系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)（低有效）

output [5:0] sel ,                  // 數(shù)碼管位選
output [7:0] seg_led                // 數(shù)碼管段選
 );
 
 //parameter define
 parameter TIME_SHOW = 25'd25000_000;   // 數(shù)碼管變化的時(shí)間間隔0.5s
 
 //wire define
 wire add_flag;                         // 數(shù)碼管變化的通知信號(hào)

 //例化計(jì)時(shí)模塊
time_count #(                           //參數(shù)例化使用’#‘
.MAX_NUM (TIME_SHOW)
) u_time_count(
.clk (sys_clk ),
 .rst_n (sys_rst_n),
 .flag (add_flag )
 );

//例化數(shù)碼管靜態(tài)顯示模塊
seg_led_static u_seg_led_static (
.clk (sys_clk ),
 .rst_n (sys_rst_n),

 .add_flag (add_flag ),
 .sel (sel ),
.seg_led (seg_led )
 );

endmodule

上面給出了頂層模塊的完整代碼，子模塊只有模塊的端口和參數(shù)定義的代碼。這是因?yàn)轫攲幽K對(duì)子模塊做例化時(shí)，只需要知道子模塊的端口信號(hào)名，而不用關(guān)心子模塊內(nèi)部具體是如何實(shí)現(xiàn)的。

如果子模塊內(nèi)部使用parameter 定義了一些參數(shù)，Verilog 也支持對(duì)參數(shù)的例化（也叫參數(shù)的傳遞），即頂層模塊可以通過(guò)例化參數(shù)來(lái)修改子模塊內(nèi)定義的參數(shù)。

下圖為模塊例化。

上圖右側(cè)是例化的數(shù)碼管靜態(tài)顯示模塊，子模塊名是指被例化模塊的模塊名，而例化模塊名相當(dāng)于標(biāo)識(shí)，當(dāng)例化多個(gè)相同模塊時(shí)，可以通過(guò)例化名來(lái)識(shí)別哪一個(gè)例化，我們一般命名為“u_”+“子模塊名”。信號(hào)列表中“.”之后的信號(hào)是數(shù)碼管靜態(tài)顯示模塊定義的端口信號(hào)，括號(hào)內(nèi)的信號(hào)則是頂層模塊聲明的信號(hào)，這樣就將頂層模塊的信號(hào)與子模塊的信號(hào)一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，同時(shí)需要注意信號(hào)的位寬要保持一致。

接下來(lái)再來(lái)介紹一下參數(shù)的例化，參數(shù)的例化是在模塊例化的基礎(chǔ)上，增加了對(duì)參數(shù)的信號(hào)定義。

下圖為參數(shù)例化：

在對(duì)參數(shù)進(jìn)行例化時(shí)，在模塊名的后面加上“#”，表示后面跟著的是參數(shù)列表。計(jì)時(shí)模塊定義的MAX_NUM 和頂層模塊的 TIME_SHOW 都是等于25000_000，當(dāng)在頂層模塊定義 TIME_SHOW=12500_000時(shí)，那么子模塊的 MAX_NUM 的值實(shí)際上是也等于 12500_000。當(dāng)然即使子模塊包含參數(shù)，在做模塊的例化時(shí)也可以不添加對(duì)參數(shù)的例化，這樣的話，子模塊的參數(shù)值等于該模塊內(nèi)部實(shí)際定義的值。

值得一提的是，Verilog 語(yǔ)法中的localparam 代表的意思同樣是參數(shù)定義，用法和 parameter 基本一致，區(qū)別在于 parameter 定義的參數(shù)可以做例化，而 localparam 定義的參數(shù)是指本地參數(shù)，上層模塊不可以對(duì)localparam 定義的參數(shù)做例化。