FPGA开发：模块 × 实例化

模块的结构

对于C语言，其基本单元为函数。与此类似，Verilog的基本设计单元称之为"模块"（block）。对于整个项目的设计思想就是模块套模块。

一个模块由两个部分组成：一部分描述接口，一部分描述逻辑功能。

每个Verilog模块包含4个部分：端口定义、IO说明、内部信号声明、功能定义。且位于module和endmodule之间，如下：

module block(a,b,c);
    input a,b;        //模块的输入，不需要规定类型
    output wire c;    //模块的输出，一定要规定类型

    wire d;        //定义内部信号

    assign d=a|b;    //组合逻辑输出
    assign c=d?a:b;    //组合逻辑输出
endmodule

1、模块名及端口

模块的端口声明了模块的输入输出口，相当于C语言函数的参数和返回值。格式如下：

• module  模块名（端口名1，端口名2，...，端口名n）；

如果将模块看作一个芯片，那么模块名就相当于芯片的名字（例如STM32F103C8T6），端口定义就相当于确定了这个芯片有哪些端口（引脚），而下面的IO声明就相当于规定引脚是输入还是输出。

2、IO声明

模块的端口可以是输入端口、输出端口和双向端口。

对于输入端口：

input  [信号位宽-1:0]  端口名1；

input  [信号位宽-1:0]  端口名2；

……

input  [信号位宽-1:0]  端口名n；

对于输出端口：

output  [信号位宽-1:0]  端口名1；

output  [信号位宽-1:0]  端口名2；

……

output  [信号位宽-1:0]  端口名n；

对于双向端口：

inout  [信号位宽-1:0]  端口名1；

inout  [信号位宽-1:0]  端口名2；

……

inout  [信号位宽-1:0]  端口名n；

【注意】位宽可省略不写，此时就默认其位宽为1位。

【注意】对于信号位宽，N位宽就是指对应的端口由N根引脚组成。

3、内部信号声明

通常是声明wire和reg型的变量。

reg  [位宽-1:0]  R变量1，...，R变量n；

wire  [位宽-1:0]  W变量1，...，W变量n；

模块的实例化

模块实例化是将一个模块作为组件使用在另一个模块中。这类似于在编程中在A函数里调用一个B函数。通过实例化，可以实现将复杂的设计按功能分解为更小的、可复用的一个个模块。

实例化有以下两种方法：

1、端口名重映射

假设我们有两个模块：一个是已经定义好的A模块，另一个是B模块，如下面的代码所示，B模块实例化了A模块。

• A模块定义

module A(
    input wire [31:0] int1;
    input wire [31:0] int2;
    output wire [31:0] out;
);
    assign out = int1 + int2;
endmodule

• B模块定义

module B(
    input wire [31:0] a;
    input wire [31:0] b;
    output wire [31:0] sum;
);
    
endmodule

• 实例化A模块

A u_A (
    .int1(a),    // 将B模块的输入 a 连接到子模块A的 int1 端口
    .int2(b),    // 将B模块的输入 b 连接到子模块A的 int2 端口
    .out(sum)   // 将子模块A的输出 out 连接到B模块的输出 sum
);

在B模块中，我们实例化了A模块，并且对这个实例取了一个名字"u_A"。实例化之后，通过端口映射，将B模块的端口 a、b 和 sum 分别连接到子模块B的端口 int1、int2 和 out。

2、位置映射

module B(
    input wire [31:0] a,
    input wire [31:0] b,
    output wire [31:0] sum
);
    // 实例化 A 模块，使用位置映射
    A u_A (a, b, sum);  // 依次将 a, b 和 sum 连接到子模块A的 in1, in2 和 out
endmodule

【注意】使用位置映射时，要特别注意端口的顺序必须与子模块的端口定义顺序一致，否则可能会导致错误的连接。