Verilog初心者必見！値の代入の全てを解説！5つの具体例で理解を深める

はじめに
●Verilogとは
●値の代入の基本
●Verilogの値の代入における注意点
●Verilogでの値の代入のサンプルコード
まとめ

はじめに

Verilogはデジタルシステムの設計やシミュレーションに用いられるハードウェア記述言語です。

この記事では、Verilogの基本である「値の代入」について詳しく解説します。

●Verilogとは

Verilogは、1980年代に登場したハードウェア記述言語で、ハードウェアの設計やシミュレーションに広く使われています。

ASICデザインやFPGAデザインなどの電子システム設計で用いられ、ゲートレベルからシステムレベルまでの抽象度で設計を記述することが可能です。

●値の代入の基本

Verilogでの値の代入は、他のプログラミング言語と同様に、変数に値を割り当てるための基本的な操作です。

基本的な値の代入のコードを紹介します。

module main;
    reg [3:0] a;
    initial begin
        a = 4'b1010;
    end
endmodule

このコードでは、レジスタaに4ビットのバイナリ値1010を代入しています。

ここで使用される”=”記号が代入演算子です。

注意点として、Verilogではデータ型に”reg”を使用した場合、”initial”や”always”などのブロック内でしか値の代入ができないということが挙げられます。

●Verilogの値の代入における注意点

Verilogでの値の代入にはいくつかの注意点があります。

一つは、非同期代入と同期代入の違いです。

非同期代入は、制約なしにいつでも行うことができ、同期代入はクロック信号に同期して行うものです。

また、代入時に変数のビット幅と値のビット幅が一致していないと、期待しない結果を引き起こすことがあります。

例えば、8ビットの変数に対して16ビットの値を代入しようとすると、上位の8ビットは切り捨てられます。

●Verilogでの値の代入のサンプルコード

それでは、具体的なサンプルコードを交えて、Verilogでの値の代入について詳しく見ていきましょう。

○サンプルコード1：基本的な値の代入

module main;
    reg [7:0] a;
    initial begin
        a = 8'b10101010;
    end
endmodule

このコードでは、8ビットのレジスタaに8ビットのバイナリ値10101010を代入しています。

ここでは”=”を用いて代入を行っています。

このコードを実行すると、レジスタaには10101010が格納されます。

○サンプルコード2：配列への値の代入

Verilogでは、配列への値の代入も可能です。

下記のサンプルコードでは、8ビット幅の配列に値を代入しています。

module main;
    reg [7:0] a [0:3];
    initial begin
        a[0] = 8'b10101010;
        a[1] = 8'b11001100;
        a[2] = 8'b11110000;
        a[3] = 8'b00001111;
    end
endmodule

このコードを実行すると、配列aの各要素には指定したバイナリ値が格納されます。

○サンプルコード3：条件付きの値の代入

次に、条件付きの値の代入を見ていきましょう。

下記のコードでは、if文を用いて条件を満たす場合のみ値の代入を行っています。

module main;
    reg [7:0] a;
    reg [7:0] b = 8'b10101010;
    initial begin
        if (b == 8'b10101010) a = b;
    end
endmodule

このコードでは、レジスタbの値が10101010であれば、その値をレジスタaに代入しています。

このコードを実行すると、レジスタaにはレジスタbの値が代入されます。

○サンプルコード4：ループ内での値の代入

ループ内でも値の代入は可能です。

下記のサンプルコードでは、forループを使って配列の全要素に値を代入しています。

module main;
    reg [7:0] a [0:3];
    integer i;
    initial begin
        for (i=0; i<4; i=i+1) a[i] = 8'b10101010;
    end
endmodule

このコードを実行すると、配列aの全ての要素に同じ値が代入されます。

○サンプルコード5：モジュール間での値の代入

最後に、モジュール間での値の代入について見ていきましょう。

Verilogでは、モジュール間で信号を伝達するために値の代入が用いられます。

module top;
    reg [7:0] a;
    wire [7:0] b;
    sub_module u_sub_module (.in(a), .out(b));
    initial begin
        a = 8'b10101010;
    end
endmodule

module sub_module (input [7:0] in, output [7:0] out);
    assign out = in;
endmodule

このコードでは、topモジュールからsub_moduleに値を伝達しています。

topモジュール内でaに値を代入した後、その値はsub_moduleのinに接続され、その結果、outに同じ値が代入されます。

以上、Verilogでの値の代入について基本的な概念から具体的なサンプルコードまで解説しました。

これを理解することで、より高度なVerilogのコーディングが可能となります。