Verilog 模块与端口

模块（module）是verilog 语言中最基本的语法结构，在模块内不仅能够描述逻辑行为，也是verilog 行为结构描述的功能与外界其它电路的接口。 可以说在Verilog 可综合的开发中，其它结构或功能结构都是可选的，但module是唯一要求必须存在的。module 所描述的结构更像一个完整的数字电路，有名称，有输入、输出，也有逻辑行为。其结构框图如下图所示：

• module的语法结构
  
  

module 的语法结构 由关键字module 后跟一个模块名用于识别该模块，如：module and_gate，其中 and_gate 就是该module的名字，用于识别该module。 第二部分用于端口描述， 我们知道在学习数字电路时，对于一个器件，总要分清楚哪个管脚是输入，哪个管脚是输出。如( input a, input b, output c ); 可以写在一行中，也可以分多行进行书写。如：
(    input a,    input b,    output c   //最后一个端口，没有逗号分隔符“，”);
格式为： （ … ）；
2.端口 ： 定义输入（input)、输出(output)或双向(inout)
input 定义其后的标识符为输入,如 ：input a,定义a为输入管脚。
output定义输出口, 如：output c 定义c 为输出管脚。
inout定义双向口，如果端口是双向口，则用 inout定义。inout定义的端口既可以做输入，也可以做输出。
每个完整定义之间用逗号“，” 隔开。最后一个定义，没有逗号“，” ，如output c 就没有逗号。
第三个部分是行为描述部分，用于描述该数字逻辑的行为：如assign c =a & b;表示 c与a，b之间的关系为与逻辑关系。表示将a&b运算后的逻辑值付给c 。
这里的 assign 是表示后面跟着赋值语句。
最后以endmodule关键字结束本module的定义。
module and_gate
(
    input a,
    input b,
    output c
);


assign c = a & b;

endmodule
其等效的数字电路如下：

输入、输出端口可以采用向量的方式表示，例如：4输入端a0,a1,a2,a3,与4输入端b0,b1,b2,b3, 一一对应相与，其结果赋给对应的c0,c1,c2,3;
Verilog 的描述如下：
module and4
(
    input   a0,a1,a2,a3,
    input   b0,b1,b2,b3,
    output  c0,c1,c2,c3
);

assign  c0=a0 & b0;
assign  c1=a1 & b1;
assign  c2=a2 & b2;
assign  c3=a3 & b3;

endmodule
可以采用向量的方式改写成如下代码：
module and4
(
    input   [3:0] a,
    input   [3:0] b,
    output  [3:0] c
);

assign  c[0]=a[0] & b[0];
assign  c[1]=a[1] & b[1];
assign  c[2]=a[2] & b[2];
assign  c[3]=a[3] & b[3];

endmodule
在上面的程序中以向量的方式定义了4位输入a,在使用时可以整体向量一起使用，也可以按位使用。在索引位时一般用中括号[]内的数字表示索引号，如a[0]表示使用数组中的第0个变量，a[3]表示第三个变量；也可以引用一部分变量，如a[2:1],就是使用数组中的a[2],a[1];如果向量整体使用，则为a[3:0],也可以直接使用数向量名a;由于向量可以按位操作与使用，这比计算机软件编程中定义的数组灵活方便许多。
由于&操作符具有按位相与的功能，因此也可以用下面的代码实现。
module and4
(
    input   [3:0] a,
    input   [3:0] b,
    output  [3:0] c
);

assign  c = a & b;//按照位的顺序，逐位相与

endmodule
input, output定义的端口使用比较简单，在后续课程中，会继续深入介绍于FPGA，ASIC相关硬件方面的知识。如:电平等级，斜升率，上、下拉，以及DDR,LVDS 等接口方面的使用。
由于 inout定义的双向口，使用比较复杂，我们专门安排一节内容讨论。见 FPGA中双向端口的使用 。
可见：Verilog module给我们引入了另一种数字电路的设计方法。