Claude Code 辅助 Verilog 硬件设计实践
在硬件描述语言（HDL）的开发中，AI 正在改变工作流。本文记录了一次挑战：在不查阅寄存器手册、不手画状态转移图的情况下，仅凭 Claude Code 辅助，完成了一个包含 UART 通信、协议解析（FSM）及 PWM 控制的完整 FPGA 模块设计与验证。
1. 引言：Verilog 开发的挑战
作为一名 FPGA 工程师，日常工作往往在'连线'和'看波形'中度过。一个简单的串口模块，虽然原理简单，但手写起来：计数器位宽算不对、状态机跳转条件漏写、Reset 信号极性搞反……这些低级错误往往要消耗半天时间 Debug。
既然 Claude Code 在软件界表现优异，那它懂时序逻辑吗？它能分清阻塞赋值（=）和非阻塞赋值（<=）吗？今天我决定用一个经典项目来验证它的成色。
2. 项目挑战：从串口到 LED 的全链路设计
目标：在 Xilinx Artix-7 平台上，设计一个智能呼吸灯控制器。
功能需求：
- 通信层：通过 UART（波特率 115200）接收上位机指令。
- 协议层：解析指令包
0xAA(帧头) +[PWM_VAL](亮度) +0x55(帧尾)。 - 控制层：根据解析的
PWM_VAL调整 LED 亮度。 - 验证层：提供完整的 ModelSim/Vivado 仿真激励。
工具链：VS Code + Claude Code (插件版) + Vivado
3. 开发实录：Claude Code 的 RTL 设计能力
3.1 基础设施：波特率发生器与 UART RX
在 Verilog 中，计算分频系数总是很烦人。我直接向 Claude 提问。
Prompt:
'我需要一个 Verilog 模块
uart_rx。 输入时钟clk为 50MHz，波特率 115200。 需处理亚稳态（双触发器同步），使用过采样逻辑保证稳定性。 输出：rx_data_valid和rx_data[7:0]。'
Claude Code 秒回了代码，并且做对了两件关键的事：
- 参数化设计：使用了
parameter CLK_FREQ和parameter BAUD_RATE，并在代码内部自动计算了分频计数器CLKS_PER_BIT = CLK_FREQ / BAUD_RATE。 - 打拍处理：自动生成了
r_rx_d1,r_rx_d2来同步异步信号，这是初学者最容易忽略的。
// Claude 生成的代码片段
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
r_rx_d1 <= 1'b1;
r_rx_d2 <= 1'b1;
end else begin
r_rx_d1 <= rx_in;
r_rx_d2 <= r_rx_d1; // 同步处理
end
end
体验：这一步直接省去了我拿计算器算时钟周期的 10 分钟。
3.2 核心难点：让 AI 写三段式状态机（FSM）
协议解析是本次挑战的核心。不仅要处理数据移位，还要判断帧头帧尾。
Prompt:
'编写一个名为 的模块。 接收 和 。 实现一个三段式状态机： IDLE -> WAIT_HEAD(检测 0xAA) -> WAIT_DATA -> WAIT_TAIL(检测 0x55) -> UPDATE。 只有完整接收包后，才更新输出 。'
