FPGA开发入门----2. 地址译码器，解惑Verilog中的reg关键词

0、译码器的示意图。

----译码器的最典型应用，就是“地址译码”。比如图中n=3，则将3-bit的地址，转变为2^3或者8的片选信号。这个8个片选信号是【8选1】，绝对不会【8选2】，因此也叫【独热码】或者【One-Hot】。当然如果候选的芯片只有5个，则【5选1】也是没有问题的，不一定非要8。

1、波形图。

----这个波形图中的Out是一个8bit的值，这样展示数字逻辑的波形图，很简洁高效。但不知道实际的波形图软件是否可以搞出这种波形图出来。

----先推测一下，个人觉得这个波形图是可能的。因为波形文件就是离散的时间点上的值，这个图同样也是离散的时间点上的值，可以在仿真器写波形文件时，把out的8-bit信号合并为一个数值。或者，也可能在波形文件解析和图形化显示的时候进行8-bit信号值的聚合并转变为数值(图中是二进制，显然也可以是10进制)。

2、Verilog代码：

----再一次明确，always @(*)是一个不带时钟的always。它的{begin...end}之间采用的是{case...endcase}，在这个case块中使用了default，这是一个完备的case因此这个电路是(=将被综合为)一个组合逻辑电路。

----Verilog知识收割1，assign sel = {A, B, C}，将3个1bit数据按照顺序拼接成一个3bit数据！

----Verilog知识收割2，电路模块端口定义中的output reg[7:0] out，是寄存器码？不一定！这个知识点有点复杂，需要展开来细化一下，更多技术魔鬼(细节)也会进一步收割。不过针对本例子先把问题解答了，在上面的例子中，从常识出发，这个是组合逻辑，不存在时序逻辑的触发器，更不会是寄存器。注意寄存器是两个触发器组成的(比触发器更复杂)。

3、Verilog语言中的reg关键字探讨。

----在verilog中，reg并不意味着物理寄存器，它仅仅表示这个变量可以在过程化块（如always块）中被赋值。它是一种数据存储类型，用于在仿真过程中保持值，直到下一次赋值。与之相对的是wire类型。wire类型的信号不能在always块中赋值，它必须由assign语句或其它模块的示例输出直接驱动。//这一句话的前面一句，是针对Verilog的reg关键字对电路综合和实际物理电路的作用描述。后i按一句，是针对Verilog的reg关键字对仿真器的作用描述。所谓的作用就是语言的“语义”。

----搞网络通信协议的人可能比较熟悉，研究语言的“语义”是最最最常见的一个思维方式了。语义是什么，就是某个用词是什么意思。什么意思就是，这个语义应该导致什么样的行为动作和预期结果。网络通信协议，无论是5G还是6G，无论是数据通信交换机路由器，还是CPU和外设之间的消息交互，或者是AI Agent之间的交互，无一不在研究“语义”。

----【问】就它(这个reg关键字)对仿真器的作用而言，似乎由那么一点寄存器/触发器的“语义”和“提示”，对吗？难道仿真器需要这个语义/提示？或者说，没有这个提示，仿真器会有别的行为？

----【答】你的感觉完全正确。reg这个关键字确实为仿真器提供了关键的语义和提示，这个提示与寄存器/触发器的“数据存储”语义高度相关。没有这个提示的话，仿真器将无法正确工作，或者语言规则将会变得模糊不清！

----仿真器vs 综合器，是Verilog源代码的两个不同的“消费者”或“客户”。他们是并列的。

----reg对仿真器的核心语义。在仿真器的世界里，reg和wire代表了两种截然不同的数据模型。wire是连续驱动模型，一个信号的变化会连续地反映到输出信号上，哪怕输入信号的抖动也会，对仿真器(软件实现)来说，要持续监控所有驱动源的变化，实现起来应该说比较复杂。reg则是过程化赋值模型，仿真器看到reg就会为它在内存中分配一个空间来存储它的值，实现起来反而简单。瞧，我们从实现一个仿真器的角度来理解reg和wire语义对于仿真器实现上的差异。

----对仿真器而言如果不使用reg来提示会怎样？如果Verilog语言没有reg和wire的区分，比如所有变量都叫var，那么仿真器会陷入巨大的困难。这两种行为根本上是互斥的，百分百需要reg和wire的语义区分，这为仿真器提供了清晰无歧义的指令。

----所以，你的直觉非常敏锐。reg这个关键字在仿真层面，确实提供了与“寄存器”同源的、在仿真软件实现上的“数据存储”语义。它不仅是给综合其的提示，更是给仿真器的一个必须遵守的、关于如何模拟数据存储和更新的核心规则！

4、总结。

----Verilog中的关键字reg，对综合器和仿真器，分别意味着什么。

----综合器和仿真器，代表了Verilog语言的两个下游“客户”或“消费者”。

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总结摘要：本文探讨了Verilog语言中reg关键字的语义特性及其对仿真器和综合器的影响。首先介绍了译码器的典型应用和波形图表示方法，随后重点分析了Verilog代码中reg关键字的特殊含义：在过程化块中，reg仅表示变量可被赋值，并不等同于物理寄存器。文章深入剖析了reg对仿真器的核心作用，指出其为仿真器提供了关键的数据存储语义，与wire类型的连续驱动模型形成鲜明对比。最后强调reg关键字不仅为综合器提供提示，更是仿真器必须遵守的关于数据存储和更新的核心规则。这种语义区分对仿真器的正确实现至关重要。