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Verilog specify块语句

2022-05-20 14:33 更新

关键词： specify，路径延迟

路径延迟用关键字 specify 和 endspecify 描述，关键字之间组成 specify 块语句。

specify 是模块中独立的一部分，不能出现在其他语句块（initial, always 等）中。

specify 块语句主要有以下功能：

指定所有路径中引脚到引脚的延迟；
定义 specparam 常量；
在电路中设置时序检查。

并行连接

每条路径都有一个源引脚和目的引脚，将这些路径的延迟依次用 specify 语句描述出来，称为并行连接。

并行连接用法格式如下：

(<source_io> => <destination_io>) = <delay_value> ;

一个带有路径延迟的 4 输入的与逻辑模块模型描述如下：

module and4(
   output       out,
   input        a, b, c, d);

   specify
      (a => out) = 2.5 ;
      (b => out) = 2.5 ;
      (c => out) = 3.5 ;
      (d => out) = 3.5 ;
   endspecify

   wire         an1, an2 ;
   and          (an1, a, b);
   and          (an2, c, d);
   and          (out, an1, an2);
endmodule

可以用关键字 specparam 在 specify 块中定义延迟数值常量，然后赋值给路径延迟。

specparam 定义的常量只能在 specify 块内部使用。

   specify
      specparam ab_2_out = 2.5 ;
      specparam cd_2_out = 3.5 ;
     
      (a => out) = ab_2_out ;
      (b => out) = ab_2_out ;
      (c => out) = cd_2_out ;
      (d => out) = cd_2_out ;
   endspecify

并行连接中，源引脚和目的引脚是一一对应的。并行连接也支持多位宽信号间的路径延迟描述，但是位宽必须保持一致。

module paral_conn(
    input [3:0]         d,
    output [3:0]        q);

   specify
      (d => q) = 3 ;
   endspecify

   assign q = d & 0101 ;
endmodule

其中，specify 块语句也可以展开描述，两种表达方式是等效的。

   specify
      (d[0] => q[0]) = 3 ;
      (d[1] => q[1]) = 3 ;
      (d[2] => q[2]) = 3 ;
      (d[3] => q[3]) = 3 ;
   endspecify

全连接

在全连接中，源引脚中的每一位与目标引脚的每一位相连接。

源引脚和目的引脚的连接是组合遍历的，且不要求位宽对应。

全连接用法格式如下：

(<multiple_source_io> *> <multiple_destination_io>) = <delay_value> ;

例如 4 输入的与逻辑模块可以描述如下：

module and4(
   output       out,
   input        a, b, c, d);

   specify
      (a,b *> out) = 2.5 ;
      (c,d *> out) = 3.5 ;
   endspecify

   wire         an1, an2 ;
   and          (an1, a, b);
   and          (an2, c, d);
   and          (out, an1, an2);
endmodule

边沿敏感路径

边沿敏感路径用于输入到输出延迟的时序建模，并使用边缘标识符指明触发条件。如果没有指明的话，任何变化都会触发源引脚到目的引脚的延迟值的变化。

用法举例如下：

    //在 clk 上升沿，从 clk 到 out 的路径上升延迟为 1，下降延迟为 2
    //从 in 到 out 的数据路径是同向的，即 out = in
    (posedge clk => (out +: in)) = (1,2);
   
    //在 clk 下降沿，从 clk 到 out 的路径上升延迟为 1，下降延迟为 2
    //从 in 到 out 的数据路径是反向的，即 out = ~in
    (negedge clk => (out -: in)) = (1,2);
   
    //clk 任意变化时，从 clk 到 out 的路径上升延迟为 1，下降延迟为 2
    //从 in 到 out 的数据路径是不可以预知的，同向、反向或不变
    (negedge clk => (out : in)) = (1,2);

条件路径

Verilog 也允许模型中根据信号值的不同，有条件的给路径延迟进行不同的赋值。

条件中的操作数可以是标量，也可以是向量，条件表达式也可以包含任意操作符。

需要注意的是，应当只使用 if 语句将条件路径中所有的输入状态都完整的声明。没有声明的路径会使用分布延迟，分布延迟也没有声明的话，将使用零延迟。如果路径延迟和分布延迟同时声明，将选择最大的延迟作为路径延迟。

但是 specify 中的 if 语句不能使用 else 结构，可以使用 ifnone 描述条件缺省时的路径延迟。

   specify
      if (a)    (a => out) = 2.5 ;
      if (~a)   (a => out) = 1.5 ;

      if (b & c)        (b => out) = 2.5 ;
      if (!(b & c))     (b => out) = 1.5 ;

      if ({c, d} == 2'b01)
                (c,d *> out) = 3.5 ;
      ifnone    (c,d *> out) = 3 ;
   endspecify

门延迟路径

门延迟（上升延迟、下降延迟、关断延迟）的数值也可以通过路径延迟的方法来描述。

可以定义的延迟路径个数为 1 个，2 个，3 个，6 个， 12 个，其他数量的延迟值都是错误的。

下面举例说明门延迟模型中路径延迟的表示方法。

   //1 个参数： 上升、下降、关断延迟只使用一个延迟参数
   specify
      specparam t_delay = 1.5 ;
      (clk => q) = t_delay ;
   endspecify

   //2 个参数: 上升延迟（0->1, z->1, 0->z）= 1.5
   //         下降延迟（1->0, z->0, 1->z）= 2
   specify
      specparam t_rise = 1.5, t_fall = 2 ;
      (clk => q) = (t_rise, t_fall) ;
   endspecify
 
   //3 个参数: 上升延迟（0->1, z->1）= 1.5
   //         下降延迟（1->0, z->0）= 2
   //         关断延迟（1->z, 0->z）= 1.8
   specify
      specparam t_rise = 1.5, t_fall = 2, t_turnoff = 1.8 ;
      (clk => q) = (t_rise, t_fall, t_turnoff);
   endspecify

   //6 个参数： 分别对应0->1, 1->0, 0->z, z->1, 1->z, z->0
   specify
      specparam t_01 = 1.5, t_10 = 2,   t_0z = 1.8 ;
      specparam t_z1 = 2,   t_1z = 2.2, t_z0 = 2.1 ;
      (clk => q) = (t_01, t_10, t_0z, t_z1, t_1z, t_z0) ;
   endspecify

   //12 个参数： 分别对应0->1, 1->0, 0->z, z->1, 1->z, z->0
   //                 0->x, x->1, 1->x, x->0, x->z, z->x
   specify
      specparam t_01 = 1.5, t_10 = 2,   t_0z = 1.8 ;
      specparam t_z1 = 2,   t_1z = 2.2, t_z0 = 2.1 ;
      specparam t_0x = 1.1, t_x1 = 1.2, t_1x = 2.1 ;
      specparam t_x0 = 2,   t_xz = 2  , t_zx = 2.1 ;

      (clk => q) = (t_01, t_10, t_0z, t_z1, t_1z, t_z0,
                    t_0x, t_x1, t_1x, t_x0, t_xz, t_zx) ;
   endspecify

门路径延迟模型中，也可以指定最大值、最小值和典型值。

   //上升、下降和关断延的延迟值：min: typical: max
   specify
      specparam t_rise    = 1:1.5:1.8;
      specparam t_fall    = 1:1.8:2 ;
      specparam t_turnoff = 1.1:1.2:1.3 ;
      (clk => q) = (t_rise, t_fall, t_turnoff);
   endspecify