Verilog를 이용한 Sequential Logic 설계

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문서 내 토픽

• 1. FPGA (Field Programmable Gate Array)

  FPGA는 설계 가능한 논리 소자와 프로그래밍 가능한 내부 회로를 포함한 반도체 소자입니다. AND, OR, XOR, NOT 등의 기본 논리 게이트 기능을 복제하여 프로그래밍할 수 있으며, 플립플롭이나 메모리 블록 등의 메모리 요소를 포함하고 있어 디지털 IC 설계 및 검증에 활용됩니다.

• 2. Verilog (Hardware Description Language)

  IEEE 1364로 표준화된 Verilog는 전자 회로 및 시스템 설계에 사용되는 하드웨어 기술 언어입니다. C 언어와 유사한 문법으로 사용자가 쉽게 접근할 수 있으며, 'if', 'while' 등의 제어 구조를 지원합니다. Begin과 End로 블록을 구분하고 시간 개념을 포함하는 특징이 있습니다.

• 3. SR Latch (Set-Reset Latch)

  SR 래치는 가장 간단한 순차회로로, NOR 논리 게이트의 교차 되먹임으로 구성됩니다. S(Set)는 출력을 1로, R(Reset)은 출력을 0으로 설정합니다. S와 R이 모두 0이면 이전 상태를 유지하며, 저장된 현재 상태는 Q로 표시됩니다.

• 4. D Flip Flop과 T Flip Flop

  D Flip Flop은 데이터 입력 D와 클록 입력 T를 가지며, 클록 펄스에서 D의 값을 Q에 출력합니다. T Flip Flop은 JK 플립플롭의 특수 형태로, T가 0이면 현재 상태를 유지하고 T가 1이면 상태를 토글(반전)합니다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. FPGA (Field Programmable Gate Array)

  FPGA는 현대 디지털 설계에서 매우 중요한 기술입니다. 고정된 하드웨어 구조를 변경할 수 없는 ASIC과 달리, FPGA는 프로그래밍을 통해 논리 회로를 재구성할 수 있어 개발 비용과 시간을 크게 절감할 수 있습니다. 특히 프로토타이핑, 신호 처리, 통신 시스템 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 다만 전력 소비와 성능 면에서 ASIC에 비해 제약이 있으며, 복잡한 설계에는 높은 기술력이 필요합니다. 앞으로 AI와 머신러닝 가속기로서의 역할이 더욱 확대될 것으로 예상됩니다.

• 2. Verilog (Hardware Description Language)

  Verilog는 하드웨어 설계의 표준 언어로서 산업에서 광범위하게 사용되고 있습니다. C 언어와 유사한 문법으로 배우기 상대적으로 쉬우며, 회로의 동작을 명확하게 표현할 수 있습니다. 시뮬레이션과 합성을 모두 지원하여 설계 검증이 효율적입니다. 다만 초보자에게는 하드웨어 개념과 병렬 처리 특성을 이해하기 어려울 수 있습니다. SystemVerilog의 등장으로 더욱 강력한 기능을 제공하고 있으며, 디지털 설계자라면 반드시 숙달해야 할 필수 기술입니다.

• 3. SR Latch (Set-Reset Latch)

  SR Latch는 가장 기본적인 메모리 소자로서 디지털 논리의 기초를 이룹니다. NOR 또는 NAND 게이트로 구성되어 상태를 저장할 수 있으며, 이는 더 복잡한 플립플롭의 핵심 구성 요소입니다. 간단한 구조로 인해 이해하기 쉽고 구현이 용이하다는 장점이 있습니다. 그러나 동시에 Set과 Reset 신호가 입력될 때 불안정한 상태가 발생할 수 있다는 문제점이 있습니다. 이러한 제약을 극복하기 위해 클록 신호를 추가한 Clocked SR Latch와 같은 개선된 형태들이 개발되었습니다.

• 4. D Flip Flop과 T Flip Flop

  D Flip Flop과 T Flip Flop은 각각 다른 목적으로 설계된 중요한 순차 논리 소자입니다. D Flip Flop은 입력 데이터를 클록 신호에 동기화하여 저장하므로 데이터 전송과 지연 회로에 이상적입니다. T Flip Flop은 토글 기능으로 인해 카운터와 분주기 설계에 매우 유용합니다. 두 소자 모두 디지털 시스템의 핵심 구성 요소이며, 이들을 조합하면 복잡한 순차 회로를 구현할 수 있습니다. 현대 FPGA와 ASIC 설계에서도 이러한 기본 개념은 여전히 중요하며, 이들을 정확히 이해하는 것이 고급 설계의 기초가 됩니다.