基础语法：模块、字面量与打印输出

上一章的 mux2 例子已经用到了不少语法：模块的声明和例化、1'b0 这样的字面量、$display 里的 %0b，还有 sel ? b : a 这个问号写法——但都还没有正式解释过。这一章把这些基础语法一次性讲清楚，后面每一章的示例代码都会默认你已经认识它们。

模块：声明、端口与例化

一个模块用 module...endmodule 包裹起来，中间是端口列表和内部逻辑：

module mux2 (
  input  logic sel,
  input  logic a,
  input  logic b,
  output logic y
);
 
  always_comb begin
    y = sel ? b : a;
  end
 
endmodule

• module mux2 (...)：声明一个名叫 mux2 的模块，括号里是端口列表。
• 每个端口都有方向：input（只读，外部驱动进来）、output（只写，模块驱动出去）；还有一种 inout，用于双向信号（比如真实的 I/O 引脚），本系列不会深入用到。
• 端口的类型（这里是 logic）会在"数据类型"一章详细展开。

有了模块定义之后，例化（instantiate）就是"创建一个这个模块的实例"，最清晰的写法是按名字连接每个端口：

mux2 dut (
  .sel(sel),
  .a(a),
  .b(b),
  .y(y)
);

mux2 是模块名，dut 是这次例化给它起的实例名（一个模块可以被例化多次，每次用不同的实例名区分）。.端口名(连接的信号) 这种写法叫按名连接，明确写出端口名和信号名的对应关系，不用去记端口列表的顺序——比另一种"按位置对应"的写法更不容易出错，也是本系列后面会一直采用的风格。

数字字面量：<位宽>'<进制><数值>

1'b0、8'hFF 这样的写法是 SystemVerilog 的数字字面量语法，格式是：

<位宽>'<进制><数值>

• <位宽>：这个字面量占多少位；省略时默认按 32 位处理。
• <进制>：b/B（二进制）、o/O（八进制）、d/D（十进制，默认进制）、h/H（十六进制）。
• <数值>：对应进制下的数字；对 4 态类型来说，还可以用 x/X（未知）、z/Z（高阻）。

4'b1010        // 4 位，二进制 1010，等于十进制 10
8'hFF          // 8 位，十六进制 FF，等于十进制 255
8'd10          // 8 位，十进制 10
1'bx           // 1 位，未知态（只有 4 态类型才有意义）
32'h1000_2000  // 数字中的下划线只是为了可读性，会被忽略

_ 可以随意插入数字之间（通常用来分隔字节，像上面 1000_2000 那样），纯粹是为了可读性，不影响字面量的实际数值。如果省略位宽和进制直接写一个数字（比如 10），会被当成 32 位有符号十进制数处理。

$display 与格式说明符

$display 用来在仿真时打印一行信息，用法类似其他语言里的格式化打印：

$display("sel=%0b -> y=%0b (expected %0b)", sel, y, a);

字符串里的 %X 是格式说明符，告诉 $display 按什么进制打印后面对应的参数：

前面加个 0（比如 %0d、%0b）表示"不做固定宽度的前导填充，按实际需要的宽度打印"——%d 会按信号的位宽固定填充空格/零，而 %0d 只打印刚好够用的位数，看起来更紧凑，这也是本系列示例里几乎都用 %0d/%0b/%0h 而不是不带 0 版本的原因。$display 每次调用会自动换行；如果不想换行，可以用 $write（本系列不会用到）。

$sformatf 与消息级别：$display、$warning、$error、$fatal

$display 直接把格式化好的字符串打印出来；$sformatf 用法完全一样，但不打印，而是把格式化结果作为字符串返回，方便先拼好消息内容，再决定怎么处理它：

string msg;
msg = $sformatf("addr=%0h data=%0h", 8'h20, 8'hFF);
$display(msg);  // 效果等同于直接 $display("addr=%0h data=%0h", 8'h20, 8'hFF);

除了 $display，SystemVerilog 还提供三个按严重程度分级的打印任务，后面章节的验证代码会经常用到：

if (y != expected) begin
  $error("mismatch: expected=%0b actual=%0b", expected, y);
end

$error/$warning 不会自动停止仿真——它们的作用是打上严重程度的标记，方便仿真日志和覆盖率工具统计"跑完这次仿真到底有没有失败"，而不是像 $display 那样只是普通输出。$fatal 则用于"错误严重到没必要继续跑下去"的场景，会直接终止仿真。

给模块一些可配置的参数：parameter、localparam 与 #(...)

有时候希望同一个模块能在不同场景下配置成不同的宽度或深度（比如一个通用的 FIFO，宽度可以是 8 位也可以是 32 位），又不想为每种配置写一个新模块。parameter 就是为此设计的——声明一个可以在例化时覆盖的编译期常量：

module fifo #(
  parameter int WIDTH = 8,
  parameter int DEPTH = 16
) (
  input  logic [WIDTH-1:0] data_in,
  output logic [WIDTH-1:0] data_out
);
  localparam int ADDR_BITS = $clog2(DEPTH);  // 由 DEPTH 推导，不能单独覆盖
  logic [WIDTH-1:0] mem [DEPTH];
  // ...
endmodule

例化时用 #(...) 覆盖参数值，写法和端口的按名连接很像：

fifo #(.WIDTH(32), .DEPTH(64)) my_fifo (.data_in(din), .data_out(dout));

不写 #(...) 就使用声明时的默认值（WIDTH=8、DEPTH=16）。parameter 可以被 #(...) 覆盖；localparam 则是只读的派生常量（比如根据 DEPTH 算出寻址需要的位数），不能在例化时覆盖。这个系列后面会看到 class 也能用类似的语法参数化（比如 mailbox #(int)），用来表示"这个类可以装什么类型的数据"——那部分留到讲完 class 之后再展开。

三目（条件）运算符 ?:

mux2 里的 y = sel ? b : a; 用的是三目运算符（也叫条件运算符），语法是：

条件 ? 条件为真时的值 : 条件为假时的值

sel ? b : a 的意思是："如果 sel 为真，结果是 b；否则结果是 a"——这正是一个二选一多路选择器（mux）应该做的事，也是为什么这一行代码就能完整描述 mux2 的行为。三目运算符在 SystemVerilog 里非常常用，本系列后面几乎每一章都会看到它。

关于时间单位的简单说明

#10 这样的延时语句会让仿真时间往前推进 10 个"时间单位"。一个时间单位具体对应多长的真实时间，由 `timescale 这样的设置决定，下一章会专门展开——现在只需要知道 #N 表示"让仿真时间前进 N 个单位，再继续往下执行"就够了，后面遇到延时和时钟时会反复用到同样的写法。

小结

• 模块用 module...endmodule 声明，端口有 input/output（还有较少用到的 inout）方向；例化时用 .端口名(信号名) 按名字连接，比按位置连接更清晰、不容易出错。
• 数字字面量的格式是 <位宽>'<进制><数值>，比如 8'hFF；省略位宽默认按 32 位处理，省略进制默认是十进制。
• $display 里的 %b/%d/%h/%s/%t 是格式说明符；前面加 0（如 %0d）表示不做固定宽度填充，按实际需要的宽度打印。
• $sformatf 和 $display 用法一样，但返回格式化后的字符串而不是直接打印；$display/$warning/$error/$fatal 按严重程度分级，$fatal 会终止仿真，其余不会。
• parameter（可被 #(...) 覆盖）和 localparam（只读派生常量）让同一个模块能在例化时配置成不同的宽度/深度等参数。
• 三目运算符 条件 ? 真值 : 假值 是"二选一"的简写，mux2 的核心逻辑就是靠它描述的。
• #N 让仿真时间推进 N 个时间单位，具体时长由 `timescale 之类的设置决定，下一章会专门展开。