Verilog语法:必须掌握的User-definedprimitives(UDPs)

EETOP 2023-09-14 11:36

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1、UDP的使用场景

User-defined primitives (UDPs) 翻译过来就是用户自定义原语，常常用于构建组合逻辑模型和时序逻辑模型。

我们编写Verilo代码时，定义寄存器使用的是reg 和always@(*clk*)，运行VCS RTL仿真时，VCS能够识别此类信号是寄存器，能够模拟其行为模型。

然而在使用VCS进行网表仿真时，此时网表中寄存器名称是这样的SDFF*_XXXX，其中SDFF_XXXX是每个寄存器类型对应的标准Cell的名称。

SDFF_XXXX是每个Fab厂家独有的名称，且在Verilog规范中并没有相关术语，那么VCS等EDA仿真工具是如何识别并且模拟其器件行为的呢？

实际上进行网表仿真时，EDA工具会读取对应SDFF_XXXX的UDPs模型，从而进行SDFF_XXXX的行为模拟。

2、UDPs的语法说明

2.1. 2种类型

UDPs的分为combinational UDP（组合逻辑）和 sequential UDP（时序逻辑）。

combinational UDP用于构建组合逻辑模型，常见有mux模块.

sequential UDP用于构建寄存器和Latch模型，sequential UDP可以是边沿触发，也可以是电平触发。

2.2.基本语法规范

UDP建模使用primitive表示建模开始，类似module，endprimitive表示建模结束，类似endmodule。

UDP模型在描述层级上与module/endmodule属于同一等级，因此primitive/endprimitive不能出现在module/endmodule内部，就像不能在一个模块里出现module~module~endmodule~endmodule.

//语法错误module xxx();
  primitive                
  endprimitive
endmodule

每个UDP有且只有一个输出，并且输出只有三种状态，0, 1, or x，不支持Z状态。

每个UDP可以由多个输入信号，如果输入信号为z，则当做X对待。时序UDP至少允许9个输入信号，组合UDP至少允许10个输入信号。

每个UDP不支持定义inout类型的信号

时序UDP的输出信号应该使用reg申明。

组合UDP的输出信号不能使用reg申明。

时序UDP可以使用initial语句定制仿真开始前output信号的初始值

2.3.UDP state table（状态表）

UDP模型使用状态表来描述模型的行为，

状态表中使用的各类变量见表40。例如r表示上升沿，f表示下降沿。*表示数值改变。

状态表中的每行以分号结束。

状态表本质上就是一个输入信号/输出信号组合的列表。

组合UDP状态表中有一个冒号“：”，用于隔离输入和输出信号。

时序UDP状态表中有当前状态，还有下一个状态，因此有2个冒号“：”，用于隔离输入、输出（当前状态）和下一个状态。

组合UDP模型中，如果输入信号状态组合在状态表中没有指定，则输出会是X。

2.4.UDP结构

本节可忽略，直接看案例

3、组合UDP案例

如下案例为2选1的mux，sel为1时，out为in1;sel为0时，out为in0。

请注意：信号列表中，输出信号out在第一个。状态表中，out处于最后一列。

4、电平触发时序UDPs

如下案例为一个低电平触发的latch。

使用reg申明了一个内部变量，表示当前状态q，即当前udp的输出状态。

table中的q+代表的是下一个有效周期的输出状态。

5、边沿触发时序UDP

如下所示为一个上升沿触发寄存器的模型。

其中NOTIFIER信号用于建立时间和保持时间检查，通过建立时间和保持时间检查，则NOTIFIER不变，时序检测不通过则NOTIFIER翻转，udp_dff输出为x态。

6、小技巧

将primitive类比成module，将endprimitive类比成endmodule，将table 类比成case，将endtable类比成endcase，你就知道该怎么写UDP模型了。

7、总结

虽然使用UDP能够构建网表时序逻辑和组合的逻辑的行为模型，但是仿真终究是仿真，无法做到与实际芯片行为完全一致，特别是在部分信号为X态时。因此网表仿真中如果X态的出现导致仿真出现问题，此时不代表电路真的存在问题，需要仔细分析原因，其中需要重点分析UDP模型是怎么写的。

参考文档：IEEE P1364-2005/D3

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Verilog语法:必须掌握的User-definedprimitives(UDPs)

2.1. 2种类型

2.2.基本语法规范

2.3.UDP state table（状态表）

2.4.UDP结构

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