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Verilog HDL 的结构风格（Structural Modeling Style）是一种“像连接电路图一样写代码”的方法，它强调使用 Verilog 来描述模块之间的互联结构，而不是行为或数据流的细节。下面我将从定义、核心特征、典型语法、适用场景、实例与工程建议五个方面详细展开。
一、结构风格的定义（Structural Modeling）
结构风格（Structural Modeling）是使用 Verilog HDL 来实例化已有模块，并通过信号线将其连接成一个更大的系统，这种方式类似于画电路图时的“搭积木”。结构风格不关注模块内部行为，而是专注于模块之间的连接关系。
二、结构风格的核心特征
| 特征 | 说明 |
|---|---|
| 模块实例化 | 使用 module_name instance_name (...); 将子模块嵌入当前模块。 |
| 信号连接 | 明确指定每个模块端口的连接方式（位置连接或命名连接）。 |
| 无行为逻辑 | 本模块中没有 always 或 assign 语句，所有功能来自子模块。 |
| 可层级构建系统 | 通过层层嵌套模块实例构成复杂系统，体现出清晰的硬件结构。 |
三、结构风格的典型语法
module top_module (input wire a,input wire b,output wire y
);wire n1, n2;and_gate u1 (.in1(a), .in2(b), .out(n1)); // 子模块实例化not_gate u2 (.in(n1), .out(n2)); // 另一个子模块buffer u3 (.in(n2), .out(y)); // 最后一级输出endmodule
其中每个 u1/u2/u3 实例对应电路图中的一个模块单元。各模块之间通过 wire 明确连接，强调电路结构。
四、适用场景
| 场景 | 描述 |
|---|---|
| 可重用模块的系统集成 | 适用于将多个独立模块（如 IP 核、加法器、控制器等）拼接成完整系统。 |
| 验证层次结构设计 | 结构风格可清晰展现系统的层级与模块划分，便于验证工程搭建。 |
| 架构定义阶段 | 在设计初期定义系统互连关系，而不涉及内部行为。 |
| 生成版图和物理实现 | 有助于实现门级网表映射，促进布局布线与时序优化。 |
五、与其他风格对比
| 风格 | 关注点 | 是否描述行为 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|
| 结构风格 | 模块互联 | 否 | 模块清晰、易于集成与复用 | 不易表达复杂逻辑 |
| 行为风格 | 高级算法、控制流程 | 是 | 描述灵活，开发快 | 不具备硬件层级直观性 |
| 数据流风格 | 运算关系与通路 | 否 | 自动组合逻辑表达清晰 | 不利于模块复用 |
六、实例：构建一个四位全加器
假设已有一个一位全加器模块 full_adder.v：
module full_adder (input wire a, b, cin,output wire sum, cout
);assign sum = a ^ b ^ cin;assign cout = (a & b) | (cin & (a ^ b));
endmodule
使用结构风格构建四位全加器：
module adder_4bit (input wire [3:0] a, b,input wire cin,output wire [3:0] sum,output wire cout
);wire c1, c2, c3;full_adder fa0 (.a(a[0]), .b(b[0]), .cin(cin), .sum(sum[0]), .cout(c1));full_adder fa1 (.a(a[1]), .b(b[1]), .cin(c1), .sum(sum[1]), .cout(c2));full_adder fa2 (.a(a[2]), .b(b[2]), .cin(c2), .sum(sum[2]), .cout(c3));full_adder fa3 (.a(a[3]), .b(b[3]), .cin(c3), .sum(sum[3]), .cout(cout));
endmodule
这就是典型的结构风格，通过子模块逐级组合逻辑，实现清晰的层次与连接路径。
七、工程实战建议
- 建议在大型项目中优先使用结构风格对系统顶层进行建模，便于团队分工和模块复用。
- 配合参数化模块（
parameter）可生成更灵活的结构模块，如多位加法器、乘法器、FIFO。 - 若目标是综合优化与资源控制，结构建模可更好地配合工具执行资源映射与路径分析。