การใช้ parameter ใน Verilog: พื้นฐาน การออกแบบโมดูลที่ยืดหยุ่น และตัวอย่างการประยุกต์

By 佐川 直弘 | Naohiro Sagawa (運営者)

※記事内に広告を含みます。Amazonアソシエイトとして適格販売により収入を得ています。

1. บทนำ

parameter ใน Verilog คืออะไร?

ทำไม parameter จึงสำคัญ?

• เพิ่มความสามารถในการนำกลับมาใช้ซ้ำ โมดูลที่สร้างขึ้นครั้งเดียวสามารถนำไปใช้ซ้ำได้หลายงาน ทำให้การพัฒนาโครงการขนาดใหญ่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
• เพิ่มความสะดวกในการบำรุงรักษา ค่าคงที่จะถูกจัดการในที่เดียว หากมีการเปลี่ยนแปลงก็เพียงแก้ไข parameter ที่เกี่ยวข้อง
• ทำให้โค้ดอ่านง่ายขึ้น ช่วยกำจัด “magic number” และทำให้ผู้อ่านเข้าใจได้ทันทีว่าค่าใดมีความหมายว่าอะไร

สิ่งที่จะได้จากบทความนี้

• ผู้เริ่มต้นที่กำลังเรียนรู้ Verilog
• ผู้ที่ต้องการออกแบบโมดูลให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้น
• ผู้ออกแบบที่ต้องการให้โค้ดอ่านง่ายและดูแลรักษาง่าย

2. โครงสร้างพื้นฐานของ parameter

วิธีประกาศ parameter

parameter ชื่อพารามิเตอร์ = ค่า;

parameter DATA_WIDTH = 8;

การกำหนด parameter หลายค่าในครั้งเดียว

parameter WIDTH = 8, DEPTH = 256;

parameter WIDTH = 8;
parameter DEPTH = 256;

การกำหนดความกว้างบิต (bit-width)

parameter [7:0] INIT_VALUE = 8'hFF;

ขอบเขต (scope) และการเขียนทับ (override) ของ parameter

3. การทำโมดูลให้เป็นแบบปรับได้ด้วย parameter

parameter เพื่อเพิ่มความยืดหยุ่นของโมดูล

ตัวอย่าง: โมดูลตัวบวกที่ปรับได้ด้วยพารามิเตอร์

module adder #(parameter WIDTH = 8)(
    input  [WIDTH-1:0] a,
    input  [WIDTH-1:0] b,
    output [WIDTH-1:0] sum
);
    assign sum = a + b;
endmodule

วิธีเขียนทับพารามิเตอร์จากโมดูลระดับบน

1. การใช้โครงสร้าง #()

adder #(.WIDTH(16)) adder_inst (
    .a(a_input),
    .b(b_input),
    .sum(sum_output)
);

2. การใช้ defparam (ไม่แนะนำ)

defparam adder_inst.WIDTH = 16;

การเขียนทับโมดูลที่มีหลายพารามิเตอร์

module fifo #(parameter DATA_WIDTH = 8, DEPTH = 64)(/* ports */);

// การอินสแตนซ์ในโมดูลระดับบน
fifo #(
    .DATA_WIDTH(16),
    .DEPTH(128)
) fifo_inst (
    /* การเชื่อมต่อ */
);

4. ตัวอย่างการประยุกต์ใช้ parameter

การปรับเปลี่ยนความกว้างบิตและขนาดบัส

module register #(parameter WIDTH = 8)(
    input  wire clk,
    input  wire [WIDTH-1:0] d,
    output reg  [WIDTH-1:0] q
);
    always @(posedge clk)
        q <= d;
endmodule

การจัดการค่าการออกแบบจากจุดเดียวเพื่อความอ่านง่ายและดูแลรักษา

parameter CLK_DIV = 100;

always @(posedge clk)
    if (counter == CLK_DIV)
        clk_out <= ~clk_out;

การใช้ร่วมกับ generate เพื่อควบคุมโครงสร้างที่ซ้ำกัน

module shift_reg #(parameter STAGES = 4)(
    input wire clk,
    input wire in,
    output wire out
);
    reg [STAGES-1:0] shift;

    always @(posedge clk)
        shift <= {shift[STAGES-2:0], in};

    assign out = shift[STAGES-1];
endmodule

การใช้งานใน Testbench

module testbench;
    parameter DATA_WIDTH = 16;

    reg [DATA_WIDTH-1:0] a, b;
    wire [DATA_WIDTH-1:0] result;

    adder #(.WIDTH(DATA_WIDTH)) dut (
        .a(a),
        .b(b),
        .sum(result)
    );

    // กระบวนการทดสอบ...
endmodule

5. ข้อควรระวังในการใช้ parameter

อย่าลืมระบุความกว้างบิตให้ชัดเจน

parameter [7:0] INIT_VAL = 8'hFF;  // กำหนดให้เป็นค่า 8 บิตอย่างชัดเจน

เข้าใจความแตกต่างระหว่าง parameter และ localparam

module example #(parameter WIDTH = 8) ();
    localparam HALF_WIDTH = WIDTH / 2;
endmodule

การนิยามซ้ำและปัญหาเกี่ยวกับลำดับชั้น (hierarchy)

• ตั้งชื่อนิพจน์ให้ชัดเจน เช่น FIFO_DEPTH, ALU_WIDTH
• เขียนโค้ดโดยคำนึงถึงขอบเขตของโมดูลแต่ละระดับ

ข้อจำกัดของเครื่องมือสังเคราะห์ (synthesis tools)

• การคำนวณที่เกี่ยวข้องกับ parameter แบบกำหนดบิต อาจทำงานต่างกันไปขึ้นกับเครื่องมือ
• การตีความ signed/unsigned อาจแตกต่างกัน
• บางกรณีไม่รองรับ defparam เพราะเป็นโครงสร้างที่ล้าสมัย

6. FAQ: คำถามที่พบบ่อยและคำตอบ

Q1. ความแตกต่างระหว่าง parameter และ localparam คืออะไร?

• parameter: มีความยืดหยุ่น แต่ต้องระวังการถูกเขียนทับโดยไม่ตั้งใจ
• localparam: เหมาะกับค่าที่ต้องการให้คงที่และไม่แก้ไขจากภายนอก

• หากต้องการนำโมดูลไปใช้ซ้ำ → ใช้ parameter
• หากต้องการค่าคงที่ที่ไม่ควรถูกแก้ไข → ใช้ localparam

Q2. ถ้าไม่ระบุความกว้างบิตของ parameter จะเป็นอย่างไร?

parameter WIDTH = 8;  // จริง ๆ แล้วมีขนาด 32 บิต

parameter [7:0] WIDTH = 8;

Q3. parameter ต้องเป็นค่าคงที่เสมอหรือไม่?

input [7:0] a;
parameter WIDTH = a; // ❌ Error

parameter WIDTH = 8; // ✅ ค่าคงที่

Q4. ถ้าเปลี่ยนค่าของ parameter จะส่งผลอย่างไรกับ FPGA?

Q5. สามารถใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์หรือทางตรรกะกับ parameter ได้หรือไม่?

parameter WIDTH = 8;
parameter HALF_WIDTH = WIDTH / 2;

7. สรุป

สรุปประเด็นสำคัญ

• parameter คือฟังก์ชันการกำหนดค่าคงที่ภายในโมดูล ที่ช่วยเพิ่มความทั่วไปและความสะดวกในการดูแลรักษา
• สามารถเปลี่ยนค่าพารามิเตอร์จากโมดูลภายนอกด้วยโครงสร้าง #()
• การใช้ร่วมกับ generate ทำให้ควบคุมโครงสร้างซ้ำและการเลือกเงื่อนไข ได้อย่างยืดหยุ่น
• ควรระวังเรื่องการกำหนดความกว้างบิต, ความแตกต่างกับ localparam และพฤติกรรมที่ขึ้นอยู่กับเครื่องมือสังเคราะห์
• FAQ ได้ครอบคลุมข้อเข้าใจผิดที่พบบ่อยและปัญหาที่ควรหลีกเลี่ยง

ข้อคิดส่งท้าย