Verilog初心者必見!代入と遅延を理解する5ステップ

初心者向けVerilogプログラミングの基本、代入と遅延を理解するためのステップバイステップガイド Verilog

 

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この記事では、プログラム(回路記述)の基礎知識を前提に話を進めています。

説明のためのコードや、サンプルコードもありますので、もちろん初心者でも理解できるように表現してあります。

基本的な知識があればカスタムコードを使って機能追加、目的を達成できるように作ってあります。

※この記事は、一般的にプロフェッショナルの指標とされる『実務経験10,000時間以上』を凌駕する現役のプログラマチームによって監修されています。

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はじめに

Verilog初心者の皆さん、こんにちは。

この記事ではVerilogでの代入と遅延について、全く知らない初心者でも理解できるように、詳細なサンプルコードとともに5つのステップで解説します。

この記事を読むとVerilogの基本的なコンセプトについて理解が深まります。

●Verilogとは

Verilogは、デジタル設計と検証のためのハードウェア記述言語(HDL)です。

HDLは、デジタルシステムを抽象化して記述するための言語であり、ソフトウェアと異なり、記述したものは実際のハードウェアとして動作する機能を表しています。

●Verilogでの代入とは

Verilogでは代入という作業が重要な役割を果たします。

しかし、他のプログラミング言語とは異なり、Verilogでは代入には「非阻塞代入」と「阻塞代入」という2つのタイプが存在します。

○非阻塞代入

非阻塞代入は、その名の通り他の操作を阻止することなく代入を行うもので、この代入が行われるとその結果はすぐには反映されず、全ての非阻塞代入が終わった後に同時に反映されます。

記号としては ‘<=’ を使います。

○阻塞代入

一方、阻塞代入は代入が完了するまで他の代入を停止します。

この代入は即座に反映され、記号としては ‘=’ を使います。

●Verilogでの遅延とは

Verilogでは、「遅延」を用いて、特定の命令の実行を一定時間遅らせることが可能です。

これは例えば、ある信号が他の信号の後に出力される必要がある場合などに使用されます。

○遅延の種類

遅延は主に「組み込み遅延」と「継続的遅延」との2種類に分けられます。

組み込み遅延は特定の文に対して一度だけ適用され、継続的遅延は変数や信号の値が変わるたびに適用されます。

●Verilogの代入と遅延の使い方

それでは具体的なサンプルコードを通じて、Verilogでの代入と遅延の使い方を紹介します。

○非阻塞代入のサンプルコード

下記のコードでは、非阻塞代入を使って変数aとbの値を交換しています。

この例では、まず非阻塞代入を使用してtmpにaの値を代入し、同時にaにbの値を代入します。

その後、bにtmpの値を代入します。

reg a, b, tmp;

always @ (posedge clk) begin
    tmp <= a;
    a <= b;
    b <= tmp;
end

このコードの実行結果は、変数aとbの値が交換されるというものです。

非阻塞代入の特性上、aとbの代入は同時に行われ、その結果が同時に反映されます。

○阻塞代入のサンプルコード

下記のコードでは、阻塞代入を使って変数aとbの値を交換しています。

この例では、阻塞代入を使用してtmpにaの値を代入し、その後aにbの値を代入し、最後にbにtmpの値を代入します。

reg a, b, tmp;

always @ (posedge clk) begin
    tmp = a;
    a = b;
    b = tmp;
end

このコードの実行結果は、変数aとbの値が交換されるというものです。

しかし阻塞代入の場合、aとbの代入は順番に行われ、それぞれの結果がすぐに反映されます。

○遅延を使ったサンプルコード

下記のコードでは、遅延を使って変数aの値を10ns遅延してから変数bに代入しています。

reg a, b;

always @ (posedge clk) begin
    #10 b = a;
end

このコードを実行すると、変数aの値が10ns遅延してから変数bに代入されます。

●注意点と対処法

代入や遅延の扱い方には注意が必要です。

特に阻塞代入と非阻塞代入を混在させると、シミュレーションや合成結果が異なる可能性があります。

そのため、基本的には1つのalwaysブロック内では非阻塞代入か阻塞代入のどちらか一方を使うようにしましょう。

また、遅延を使う際は、遅延時間が長すぎてシステムの動作に影響を与えないように注意が必要です。

適切な遅延時間を設定するためには、システムの要求やハードウェアの特性を理解することが重要です。

まとめ

今回はVerilogでの代入と遅延について解説しました。

これらの概念を理解し、正しく使うことで、Verilogを使った効率的なデジタル設計が可能となります。

初心者の方でも理解できるよう詳細なサンプルコードを通じて解説しましたので、ぜひ自分で試してみてください。

これからもVerilogの学習を頑張ってください。