Verilog HDL 프로그래밍 가이드 - 칩 설계의 표준 언어

Verilog란 무엇인가

Verilog는 1984년 Gateway Design Automation에서 개발된 하드웨어 기술 언어입니다. 40년간 반도체 산업을 지켜본 저로서는 Verilog가 IC 설계 분야에서 가장 널리 사용되는 언어라고 확신합니다. VHDL과 함께 양대 HDL이며, 미국과 아시아에서는 Verilog가 더 우세합니다. C와 유사한 문법으로 소프트웨어 개발자에게 친숙합니다. SystemVerilog는 Verilog를 확장하여 검증 기능을 강화했습니다.

Verilog의 핵심 구조

Verilog의 기본 단위는 모듈(module)입니다. 모듈은 입출력 포트와 내부 로직을 포함합니다. wire는 조합 논리의 연결을, reg는 값을 저장하는 변수를 나타냅니다. assign 문은 연속적 할당으로 조합 회로를 기술합니다. always 블록은 순차 회로나 조합 회로를 기술하며, 민감도 리스트에 따라 동작합니다. 인스턴스화로 모듈을 계층적으로 연결합니다.

행동적 vs 구조적 모델링

Verilog는 여러 추상화 수준을 지원합니다. 게이트 수준 모델링은 AND, OR, NOT 같은 기본 게이트로 회로를 구성합니다. 데이터플로우 모델링은 assign 문으로 신호 간 관계를 표현합니다. 행동적 모델링은 always 블록에서 if, case, for 같은 제어 구조를 사용합니다. 합성을 위해서는 합성 가능한 코딩 스타일을 따라야 합니다.

테스트벤치 작성

테스트벤치는 DUT(Design Under Test)를 검증하는 시뮬레이션 환경입니다. 테스트벤치 자체는 합성되지 않으므로 모든 Verilog 기능을 사용할 수 있습니다. initial 블록으로 시뮬레이션 시작 시 테스트 벡터를 생성합니다. $display, $monitor로 디버그 메시지를 출력합니다. $dumpfile, $dumpvars로 파형 파일을 생성하여 시각적으로 분석합니다. 철저한 검증이 실리콘 버그를 방지합니다.

Verilog 학습 경로

Verilog를 배우려면 디지털 논리 설계 기초가 선행되어야 합니다. HDLBits(hdlbits.01xz.net)는 온라인 Verilog 연습 사이트로 강력 추천합니다. Icarus Verilog는 오픈소스 시뮬레이터입니다. EDA Playground에서 브라우저로 실습할 수 있습니다. 반도체, 통신 장비, 자동차 전자 분야에서 Verilog 설계자 수요가 높습니다. SystemVerilog도 함께 익히면 검증 역량까지 갖출 수 있습니다.