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Verilog: wire 和 reg 的区别

1 引言

看Verilog例子过程中，总是分不清 wire 和 reg 的区别。这篇文章把两者放在一起总结一下，并且对比何时使用它们。

1.1 wire ：组合逻辑

wire 是 Verilog 设计中的简单导线（或任意宽度的总线）。使用 wire 时的语法规则如下：

1. wire 用于连接模块实例化的输入和输出端口以及设计中的其他元素。
2. wire 用作实际模块声明中的输入和输出。
3. wire 必须由其他信号驱动，不能自行存储值。
4. wire 不能用作 always@ 块中的左值（= 或 <=）。
5. wire 是 assign 语句左侧的唯一合法类型。
6. wire 是一种无状态的连接方式，仅用于组合逻辑。

程序 1 显示了 wire 的各种合法用法。

程序 1 wire 用法

wire A, B, C, D, E;      // 简单的一位宽导线
wire [8:0] Wide;         // 9 位宽导线
reg I;assign A = B & C;        // 使用 `assign` 语句
always @(B or C) beginI = B | C;           // 在 `always@` 语句块中右侧使用 `wire`
endmymodule mymodule_instance (.In (D), .Out(E));  // 模块输出使用 `wire`

1.2 reg ：组合逻辑和时序逻辑

reg 与 wire 类似，但可以像寄存器一样存储信息（“状态”）。使用 reg 的语法规则如下：

1. reg 可以连接到模块实例化的输入端口。
2. reg 不能连接到模块实例化的输出端口。
3. reg 可以用作实际模块声明中的输出。
4. reg 不能用作实际模块声明中的输入。
5. reg 是 always@ 块中左值（= 或 <=）的唯一合法类型。
6. reg 是 initial 块中左值（用于测试平台）的唯一合法类型。
7. reg 不能用作 assign 语句的左值。
8. reg 可以与 always@(posedge Clock) 块一起使用来创建寄存器。
9. 因此，reg 可以用于创建组合逻辑和时序逻辑。

程序 2 显示了 reg 元素的各种合法用法。

程序 2 reg 用法

wire A, B;
reg I, J, K;             // 简单的一位宽寄存器
reg [8:0] Wide;          // 9 位宽寄存器always @(A or B) beginI = A | B;           // 在 `always@` 语句块中左侧使用 `reg`
endinitial begin            // 在 `initial` 块中使用 `reg`J = 1'b1;#1J = 1'b0;
endalways @(posedge Clock) beginK <= I;              // 使用 `reg` 创建正边沿触发寄存器
end

1.3 wire 和 reg 何时可互换

在某些情况下，wire 和 reg 可以互换使用：

1. 两者都可以出现在 assign 语句和 always@ 块的右侧（= 或 <=）。
2. 两者都可以连接到模块实例化的输入端口。