前言：对于以前学过C/C++/C#的作者来讲，Verilog的基础语法算是特别简单的。本文主要介绍Verilog的基础语法和Modelsem仿真。
Verilog的基础语法
1 模块声明
FPGA开发是以模块为基础的，每个可综合的.v文件都是一个模块，模块由module和endmodule来声明。在这两个关键字的内部，完成模块功能的实现。
在Vivado的一个空项目中，新建一个.v源文件，会自动生成以下代码（我把多余的注释删除了）
`timescale 1ns / 1ps // 这行以后代码经常会见，表示时间单位是1ns，精度是1ps
module verilog_base( // module 模块名(
... // 定义模块的输入输出接口
); // );
endmodule // endmodule
下面以一个与门为例，进一步演示如何声明一个模块。
`timescale 1ns / 1ps // 这行以后代码经常会见，表示时间单位是1ns，精度是1ps
module verilog_base(
input wire a, // input表示这是模块的输入接口 wire是变量类型 a是变量名，除最后一个变量定义外，都以‘,’结束
input wire b,
output wire c // output表示这是模块的输出接口 wire是变量类型 c是变量名，最后一个变量定义，不以‘,’结束
);
assign c = a & b; // 完成与门的组合逻辑幅值
endmodule
2 变量类型
在Verilog开发中有两种数据类型，一种是wire (线)，一种是reg (寄存器)。在数字电路中信号只有两种形态，一种是传输，一种是存储。传输是通过连接线，存储是用寄存器，因此也就清楚了在Verilog中常用了wire和reg变量了。wire和reg变量模型如下图所示：
wire型变量在物理结构上只是一根线，在Verilog描述时，对线型变量赋值用assign即可，相对简单。
C语言赋值我直接 a = b; Verilog赋值得在前面加关键字。 assign a = b;
reg型变量左端有一个输入端口D，右端有一个输出端口Q，并且reg型存储数据需要在clk(时钟)沿的控制下完成。 clk也即是我们常说的方波，它由晶振产生，是我们描述数字电路是最基本的时间单元，它周期固定，占空比一般为50%（高电平占整个周期的比例）。clk的低电平用数字0表示，高电平用1表示，从低电平转变到高电平的过程叫做上升沿，从高电平转变到低电平的过程叫做下降沿。
在对reg型变量赋值时，必须在always块内完成，可以选择用时钟上升沿，也可以选择时钟下降沿，具体用上升沿还是下降沿可以根据需要定。下面尝试把第一节给出的与门例子的输出定义成reg型，实现两个输入相与之后将结果传输给寄存器的功能。即
Verilog代码如下：
`timescale 1ns / 1ps // 这行以后代码经常会见，表示时间单位是1ns，精度是1ps
module verilog_base(
input wire clk, // 系统时钟输入，由晶振提供
input wire a,
input wire b,
output reg c // 将输出的类型改成reg
);
// reg型变量的赋值必须要在always块里面，注意：赋值符号不是'=',而是 '<='。
always @(posedge clk) begin
c <= a & b;
end
endmodule
在always块中，@(posedge clk)表示的是，每当遇到clk的上升沿时，执行always块中的语句。
c <= a & b;中的'<='表示的是非阻塞赋值。Verilog中有两种赋值方式：
1 '<=' 非阻塞赋值 适用于给reg变量赋值，always块 - 时序逻辑
2 ‘=’ 阻塞赋值 适用于给wire变量赋值，assign块 – 组合逻辑
阻塞赋值时，输入改变输出是同时改变，在非阻塞赋值中，只有在时钟变化的时候，输出才会发生变化。
begin-end其作用与C C++ C#中的{}是一样的，在Verilog中，就可以视begin-end为{}。
3 多位宽数据表示
在数字电路中，所有数据最终都是以二进制形式呈现的，二进制和十进制都只是一种数据的表达方式，同一个数据无论用二进制还是十进制来表达，本质上代表的值是一样的。十进制数据是0到9组成，二进制是0，1组成。 比如5，它的二进制是3’b101，十进制是’d5。二进制的每一个0/1叫做1位，若想知道数据是多少位。可以用计算器看。
如果我要表示53698745这个数，就需要26个位。 那么在定义的时候就要像下面这样定义
wire [25:0] data;
reg [25:0] data;
wire [26:1] data;
reg [26:1] data;一般推荐最低位都是从0开始，也就是[25:0]这种写法。
4 赋值语句
前面第二小节已讲了一些相关内容。assign 和 always分别用于组合逻辑的赋值 和 时序逻辑的赋值。 还有一种initial，一般仅用于仿真文件中。
initial 语句是初始化语句，会在上电（电路刚刚运行时）执行一次，不会循环执行。在电路中只有可以存储数据的寄存器才有初始化的必要，所以initial 语句中被赋值的变量也必须为reg。 某些第三方综合软件认为initial 是不可以被综合的，也就是说不可以被写到功能文件中的，所以为了代码的兼容性，我们尽量只在测试文件中写initial 语句。示例代码如下所示。
reg clk;
initial begin
clk = 0;
forever #(5) clk = ~clk; // forever和always的区别是 forever仅用于仿真
end
示例代码产生的是周期为10ns的时钟信号。
5 运算符
5.1 关系运算符（< 、<= 、== 、>= 、> 、!=）
C语言中可以用if(2<a<6)，但Verilog只能用if(a>2 && a<6)，其余一致
5.2 逻辑运算符（&& 、||、 ！）
逻辑运算符与C 语言中一致：对于&& 只有参与运算的两个数据都为真时，结果才为真，对于|| 只要参与运算的两个数据由一个为真，结果就为真。（！）进行的时逻辑取反。
5.3 位运算符（& 、|、 ~）
位运算是对二进制的运算，运算时，需要将数据都转换位二进制后才能进行计算。当位宽不一样时，位宽少的在高位补0。
5.4 条件运算符
如：assign a = (b>6)?1’b1:1’b0;
当b 大于6 时，a 等于1，否则a 等于0；
5.5 赋值运算符
前面已经介绍过Verilog 中的赋值运算符，<= 和=，其中<= 是非阻塞赋值，用于时序逻辑，=是阻塞赋值，用于组合逻辑。
5.6 移位运算符(<< 、>>)
>>为向右移位，每次右移一位，数据高位补零，向下溢出的数据丢弃。<<与之相反。
5.7 位拼接运算符（{}）
位拼接运算符，可以将不同数据的位拼接成一个新的数据。
reg[3:0] a = 4'b0110;
reg[4:0] b = 5'b10110;
reg[4:0] c;
always@(posedge clk) begin
c <= {b[1],a[1:0],b[3],b[1]};
end
拼接完成后，c = 5’b11001;
6 条件判断
同一个变量可以在不同的情况下获得不同的值，不同的情况需要判断语句来描述。Verilog HDL 中经常使用的判断语句有if else 语句和case endcase 语句，两种判断语句必须写在always 语句中，不能写在assign 中。
6.1 If-else
if-else 语句与C 语言当中的使用方法类似。
always@(posedge clk)begin
if(a==1) begin
b <= 1;
end
else if(a==2) begin
b <= 2;
end
else if(a==3) begin
b <= 3;
end
else if(a==4) begin
b <= 4;
end
else if(a==5) begin
b <= 5;
end
end
if else 叠加不易过多，不然可能造成线路的延时过多。每一个if else 语句都会生成一选择器，当if else 过多时，选择器链路就会很长，而每两级选择器之间都会有线路的延时，当链路过多时，造成的延时就会很多，这样对于描述的电路的时序影响会很大，时序出问题时，就算是功能仿真正确，下板后电路也是不正确的。
使用if-else 语句时需要考虑优先级的顺序，优先执行的条件放在上方，优先级较低的条件放在后方。最好还是用case吧。
6.2 Case 语句
Verilog的case语句和C语言的switch case类似，在if-else 级数过多的情况下，也可以使用case 语句，case 语句生成的是多路器。
always@(posedge clk) begin
case(a)
0:
b <= 0;
1:
b <= 1;
2:
b <= 2;
default:
b <= 0;
endcase
end
Case 语句以case 开始，以endcase 结尾，在其之间，列出要判断的条件，根据条件的值，执行对应的代码。
Modelsem仿真
1 编写仿真程序
新建一个空白的项目的流程在上一篇博客中已经讲过了，这里不在赘述。 按照下面的操作流程，新建一个仿真文件。
Sublime Text （编辑软件）可以利用 源文件 自动生成 仿真文件。
仿真程序输入要用reg型，输出要用wire型
再次强调initial语句也常用在仿真文件，请尽量不要在实际的功能模块中使用。
`timescale 1ns/1ps
module tb_verilog_base (); /* this is automatically generated */
reg a;
reg b;
wire c;
verilog_base inst_verilog_base (.a(a), .b(b), .c(c));
initial begin
a = 0;
b = 0;
#100; // 延时100ns
a = 1;
b = 0;
#100;
a = 0;
b = 1;
#100;
a = 1;
b = 1;
end
endmodule
2 Vivado仿真流程
从仿真中我们可以看到，assign赋值是立即生效的。
3 Modelsem仿真流程
Modelsem软件安装及编译相关的库文件等操作，请参考Vivado：【1】Vivado 2018.3 配置ModelSim仿真_Alex-YiWang的博客-CSDN博客
正常人都能看出来Modelsem的原始界面是比vivado丑的，但Modelsem的界面是可以配置的，可自行查找相关资料。
4 时序逻辑仿真
源文件
`timescale 1ns / 1ps // 这行以后代码经常会见，表示时间单位是1ns，精度是1ps
module verilog_base(
input wire clk, // 系统时钟输入
input wire a,
input wire b,
output reg c // 将输出的类型改成reg
);
// reg型变量的赋值必须要在always块里面，注意：赋值符号不是'=',而是 '<='。
always @(posedge clk) begin
c <= a & b;
end
endmodule
仿真文件
`timescale 1ns/1ps
module tb_verilog_base (); /* this is automatically generated */
reg clk;
reg a;
reg b;
wire c;
verilog_base inst_verilog_base (
.clk(clk),
.a(a),
.b(b),
.c(c)
);
initial begin
clk = 0;
forever #(5) clk = ~clk;
end
initial begin
a = 0;
b = 0;
#100; // 延时100ns
a = 1;
b = 0;
#100;
a = 0;
b = 1;
#100;
a = 1;
b = 1;
end
endmodule
仿真结果
时序逻辑赋值，并不是立即生效，而是在相应的“沿”信号处执行。
把源文件的always块修改成下降沿触发 always @(negedge clk) begin
把仿真文件的最后一个#100改成#33。
把仿真文件的 #33 改回 #100。
5 Modelsem小技巧
打开以下这个文件
你修改源文件或者修改仿真文件保存后，可以不用重新在vivado点击仿真。 可以在Modelsem的命令行执行以下三个命令。
1 do tb_verilog_base_compile.do 重新编译一遍
2 restart 有弹窗没关系，直接回车键默认Ok
3 run 运行仿真
这样可以快速修改代码，高效率仿真。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-453621.html
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