如何写出易于维护的Verilog代码？

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wx61c3d11c4f45f 2021-12-28 13:53:51 ©著作权

文章标签 FPGA Verilog 标准规范代码规范 文章分类 代码人生

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众所周知，用于FPGA开发的硬件描述语言（HDL）主要有两种：Verilog和VHDL，VHDL的出现时间要比Verilog早，Verilog由于其简单的语法，和C语言的相似性，目前被各大公司广泛使用。

其实我大学时学习的是VHDL语言，后来由于公司都是使用的Verilog，又重新学习了Verilog，好在有C语言基础，Verilog很快就上手了。

如何写出易于维护的Verilog代码？_代码规范

Verilog标准文档主要有3个版本，分别是：Verilog-1995、Verilog-2001、Verilog-2005，都是由IEEE颁布。目前最新的Verilog标准是2005版，相比于前两个版本，2005更简洁，更灵活。

虽然一些官方的代码，如Xilinx一些IP核代码，为了兼容以前的综合工具，还是基于Verilog-2001标准，但我还是强烈建议你使用最新的Verilog-2005标准。

如何写出易于维护的Verilog代码？_规范_02

所以，本文都是基于IEEE-2005语法标准，即《IEEE P1364-2005/D3:Draft Standard for Verilog ® Hardware

Description Language》官方标准文档。文末查看IEEE-2005官方标准文档获取方法。

良好的代码规范可以提高代码的可读性、可复用性、简洁清晰，这也是一种职业素质的体现。

我们的目标是：Write Nowhere, Read Everywhere

如何写出易于维护的Verilog代码？_Verilog_03

都有哪些内容？

命名
- 文件命名
- 端口命名
- 变量命名
- 参数命名
结构
- 整体结构
- 端口声明
- 空格和缩进让代码更清晰
- 小括号增加可读性
例化
注释
其他
IEEE-2005标准下载

命名

命名主要包括文件和模块命名，端口命名，变量命名，参数命名等，概括来说就是：有意义，简短易读，重要的是不要使用拼音！

文件命名

文件名和模块名保持一致，一个文件只写一个模块。

如何写出易于维护的Verilog代码？_代码规范_04 文件命名要有含义，且简短易读，文件名统一使用小写字母，并使用下划线分割文件名。

底层驱动类模块命名，使用drv_xxx类型，如：drv_led.v，drv_i2c.v，drv_ad7606.v
串口发送一字节：uart_tx_byte.v
异步和同步FIFO，并指示深度和宽度：fifo_async_512_16.v和fifo_sync_256_64.v

TestBench文件名问源文件名后加_tb，如源文件drv_led.v，则对应的testbench文件命名为drv_led_tb.v

顶层模块统一命名为top.v，或top_project_name.v，如EEPROM读写示例工程顶层命名为top_eeprom_demo.v

端口命名

端口命名和文件命名一样，统一使用小写字母，并使用下划线进行分割。

如果是顶层模块，而且是连接到实际的FPGA管脚，后加_pad_i，_pad_o，_pad_io来命名，表示连接到实际的FPGA硬件管脚上。

如何写出易于维护的Verilog代码？_标准_05

变量命名

时钟信号统一使用clk命名，如果是特定时钟频率，可以在后面添加时钟频率，如clk_50m
复位信号统一使用rst命名，如果是低电平有效，后加_n表示，如rst_n
标志位命名：flag_rise/flag_fall/flag_clr
寄存器打拍信号命名添加_reg：reg rxd_reg
移位寄存器命名添加后缀_sreg：reg [3:0] busy_sreg

部分通用的缩写：

缩写	全拼	含义
rst	reset	复位
clk	clock	时钟
rd	read	读取
wr	write	写入
addr	address	地址
ack	acknowledge	响应

更多的常用端口命名和变量命名缩写，可以参考以下文章：

参数命名

Verilog中的参数类似于C语言中的define，主要有以下两类localparam和parameter，两者的区别是前者不可以在例化时进行参数传递，而后者可以在例化时进行参数传递。

其他的变量，文件名都是统一小写，只有参数定义有全部大写的待遇，当需要定义一些常量时，可以通过参数声明指定一个有意义的名称。如：

parameter LED_ON     = 1'b0;
parameter LED_OFF    = !LED_ON;
parameter BAUD_RATE  = 115200;
parameter TIME_100MS = 25_000_000;

状态机的状态通常使用localparam来定义，并指定有意义的名称，统一使用Sn_NAME的格式，并指定位宽。如：

localparam S0_IDLE  = 4'd0;
localparam S1_START = 4'd1;
localparam S2_DOING = 4'd2;
localparam S3_END   = 4'd3;

localparam S_FINISH = 4'd4;
localparam S_ERROR  = 'd5;//auto adaptive

结构

整体结构

建议Verilog模块文件按照如下结构进行书写。

/* 1.文件头: 说明版权信息，文件功能，作者，版本历史等 */
/* 2.端口声明: input/output/inout */
/* 3.宏定义: `define */
/* 4.参数定义: localparam/parameter */
/* 5.寄存器定义: reg */
/* 6.线网类型定义: wire */
/* 7.互联定义: assign */
/* 8.时序逻辑描述: always */

示例：

/* 1.file head */

/***********************************************************
Copyright 2021 'wechat:mcu149'. All rights reserved.

FileName: drv_led.v
Function: led driver
Author  : mcu149
SVN     :
    SVN Revision: 1490
    SVN Date: 2021-06-05 19:49:49
Revision:
    2020-09-09: Rev 1.0
    2020-10-01: Rev 1.1
************************************************************/

/* 2.input/output/inout */
module drv_led(
    //Inputs
    input rst_n,
    input clk_50m,
    input en,

    //Outputs
    output led1,
    output reg led2 = 0      //define initial value is 0
);

/* 3.define */

/* 4.parameter/localparam */
parameter TIME_500MS = 32'd25_000_000;

/* 5.reg */
reg [31:0] cnt = 0;

/* 6.wire */
wire flag_toggle = (cnt == TIME_500MS);

/* 7.assign */
assign led1 = (en == 0) ? 0 : cnt[20];

/* 8.always block */
always @ (posedge clk_50m) begin
    if(!rst_n)
        cnt <= 0;
    else if(flag_toggle)
        cnt <= 0;
    else 
        cnt <= cnt + 1;
end

always @ (posedge clk_50m) begin
    if(!rst_n)
        led2 <= 0;
    else if(!en) 
        led2 <= 0;
    else if(en) begin
        if(flag_toggle)
            led2 <= !led2;
    end
end

endmodule

端口声明

输入端口放在一起，输出端口放在一起，双向端口放在一起。如果某个输出信号需要确定初始值，可以在端口定义时直接进行指定，这也是Verilog-2005新添加的功能。

如何写出易于维护的Verilog代码？_FPGA_06

这一点有些朋友可能是按照功能进行划分，如连接同一芯片的放在一起。

输入输出分开放的好处是，在例化时可以很方便的区分哪些是输入哪些是输出。

空格和缩进让代码更清晰

运算符两端增加一个空格，可以让程序结构更清晰，可读性更高
缩进风格采用KR风格，即begin写在行尾，不占用单独一行，end单独占用一行
缩进统一使用4个空格来代替TAB键
if/else等语句只有一行时，可以省略begin-end
合理添加空行进行块区分，不同的always块进行换行隔开

以下是两种代码的书写规范，合理缩进，合理增加空格大大增加了可读性。

如何写出易于维护的Verilog代码？_标准_07

小括号增加可读性

在学校里有些考试题，为了考察学生对各种运算符优先级的掌握程度，出一些反人类的题目。

而做实际项目不像考试，追求的是可读性和易用性，所以当使用多个运算符时，为了增强可读性，避免歧义，不要吝啬使用小括号来表示运算的优先级。

如何写出易于维护的Verilog代码？_标准_08

例化

例化可以认为是FPGA开发的灵魂所在了，例化的过程其实就是硬件模块的调用过程，比如我们用Verilog描述了一个3-8译码器的模块，可以在不同的地方去使用（例化）它，并分别命名为ut0/ut1/ut2等等，而且还可以在例化时指定参数，如串口发送和接收模块，通过指定不同的参数来实现不同波特率的兼容。

例化和端口声明顺序保持一致，输入端口放在一起，输出端口放在一起
多比特信号，在例化时需要指定位宽，以增加可读性
顶层模块只进行模块例化，不写任何控制语句

示例：

wire [7:0] rx_data;
wire rx_done;
wire rx_err;

/* 串口接收1字节 */
uart_rx_byte #(
    .BAUD_RATE(32'd115200),
    .EN_PARITY(2'd0),  //0:无校验位, 1:奇校验, 2:偶校验
    .EN_STOP_2(1'b0)   //1:使能2位停止位
)uart_rx_byte_0(
    // Inputs
    .clk(clk_32m),
    .rst_n(rst_n),
    .rxd(uart_rxd),

    // Outputs
    .data_rx(rx_data[7:0]), //指定位宽
    .done(rx_done),
    .err(rx_err)
);