【Verilog HDL】第四章模块的端口连接规则—

先放上连接规则的简图，再详细解释

1. 构建模型——污水处理之流水模型

我们先将上述结构构件一个简单模型，以帮助我们理解。

污水：输入数据
净水：输出数据
双向数据暂不讨论，取输入和输出的交集即可
污水处理厂：模块（设计块/激励块）

2. 结构——放大模型，展现细节

这里只对input和output进行展现，先暂时不管inout。

在展现之前，先来明确对于几个重要概念的理解

2.0 深入理解规则才能打破规则！

问题1：net类型和reg类型究竟有什么区别？
问题2：为什么这几个接口的类型要这样限定？

2.1 net与reg的区别——水管阀门模型

我们将数据比喻为水，数据的处理过程就像水在水管中流动一样。

net类型：无阀门的水管，只能让水流动，不能储存。
reg类型：双阀门的水管，即可以让水流动，也能存储水。
- reg类型需要接收数据，则打开阀门A，水满之后关闭阀门A，就实现了存储数据
- 需要使用数据的时候，则可以打开阀门B
- 需要让数据流入后直接流出，则可以同时打开A和B，这时候就和net类型的功能一样
需要强调的是：reg和net是一类数据类型的总称，将这个类型分别类比为两种水管；这是粗略的模型，具体细分的数据类型再进一步展开即可。

2.2 构建结构——污水处理模型细节化

下面我们来逐一分析一下：

①输入端口的外部：
可以是reg或者net，因为外部的污水可以是从别处直接流过来的，也可以是之前被保存起来，然后再开闸流过来的
②输入端口的外部：
来者不拒！外面流过来污水，就必须接收！
③输出端口的内部：
- 净水可以直接留到外面去
- 净水也可以被保留起来，它可能会被回环用于污水处理过程，这是由其实际需求而被规定的，如果有需求就用，没有就不用。
④输出端口的外部：
输出的净水不能被封闭起来，一定要被排出去，否则就堵死了！

接下来，我们继续优化这个模型，增加结构的细节！

好的我想你是能够理解这个图形的，对于输出端口，内部可能回环再利用，外部可能直接输出，也可能返回来在进入输入，这些都可能发生的，具体怎么设定，看实际需求。

另外，对于①和③，也可以是无阀门的管道，这点我再强调一遍。

2.3 三种模式——端口与外部信号的连接模式

进去之后全部出去（与门）
进去后部分出去，部分回来（T触发器）
多门路互相影响（SR锁存器）

2.4 reg与net 的使用原则

对于内部接口的设置
- 不写就默认wire
- 特殊需求：输出显式使用reg
对于外部接口的设置
看实际需求和使用习惯！

这一部分简单看看就可以，不用深入了解，这些原则的使用方法，应该由大量实践得出。

3. 回归Verilog——结构的实现

我想，你通过污水处理结构，已经能够对Verilog端口连接规则有了理解，并且，事实上你非常轻松地理解了它！

下面让我们上升一个抽象层次，看一看具体在Verilog中是如何使用端口连接规则的。

以下采用

EDA工具：Vivado 2017.4
代码风格：ANSI C风格
端口连接：命名端口连接

3.1 内部模块的端口设计

module show(input a,input [3:0] b,output c,output reg d);
……<模块内容>
……
endmodule

注：也可以使用 input a,b 的形式，对于代码风格，也需要参考EDA工具的支持情况，不同工具的使用规则可能不一样。

3.2 模块与外部信号的连接

对于外部信号而言，不是reg就是net类型，怎么着都应该能够输入进如其他的模块实例，因此，也就能够进一步理解，为什么输入端口的外部允许reg和net类型的数据了。

这里只讲解命名端口连接规则，先给出实例，模块show为底层模块，而模块show_up为其上一级模块。

module show_up(input aa,input [3:0] bb,output cc,output reg dd;);show s1(    //调用模块实例并且进行端口连接.a(aa),.b(bb),.c(cc),// .d(dd) 非法连接！reg类型的外部信号，不能连到输出端口上// 可以选择不连接，或者修改为net类型);
……
<模块内容>
……
endmodule

需要注意的几个问题：

警惕输出端口非法连接
外部信号与模块端口连接的时候，reg类型的输出信号不能与输出信号连接，可以有以下修改方式（由需求决定）：
- 将reg类型变为net类型
- 增加一个wire类型的输出与之相连，reg类型的输出不进行端口连接
模块实例的端口可以不连接
模块内外两部分的位宽要匹配，否则可能出现问题

4. 实战经验

对于一整个设计模型而言，如果子模块的输出端口均与它的上级模块连接，那么，整个设计系统中，只有叶单元的（内部）输出端口可以是reg类型，其余是上层单元只能是net类型！

这个不做过多解释，我相信你能够想明白，只需要你在设计模块端口的时候注意这个问题！

一般情况下，输出端口默认wire即可，除非特殊情况采用reg！