HDL习题

1 阻塞型赋值‘=’与非阻塞型赋值‘<=’

阻塞型赋值 $b=a$：适用于纯组合电路
非阻塞型赋值 $b<=a$：适用与时序逻辑电路

2 wire线型,assign连续赋值

wire a,b,c;
assign b = a;
assign c = a;

与编程语言不同，$assign$ “连续赋值” 描述的是 事物之间的联系，而不是将值从a复制到b的操作。那么多个赋值语句之间不存在像C语言中的先后关系。

• AngGate

assign out = a & b;

• norGate 或非门

assign out = ~(a | b);

• xorGate 异或门 $\oplus$

assign out = a ^ b;//^按位异或

• xnorGate 同或门 $\odot$

assign out = ~(a ^ b);

3 vector向量[end:start]

3-1 Vectorgates

module top_module(
	input wire[2:0] a, 
	input wire[2:0] b, 
	output wire[2:0] out_or_bitwise,
	output wire out_or_logical,
	output wire[5:0] out_not
);
	
	assign out_or_bitwise = a | b;	// 按位相或
	assign out_or_logical = a || b;	// 各位一次相或	

	assign out_not[2:0] = ~a;	// 按位取反
	assign out_not[5:3] = ~b;	
	
endmodule

3-2 向量合并

例如： { 1 ′ b 1 , 1 ′ b 0 , 3 ′ b 101 } = > 5 ′ b 10101 \{1'b1, 1'b0, 3'b101\} => 5'b10101 {1′b1,1′b0,3′b101}=>5′b10101

module top_module (
    input [4:0] a, b, c, d, e, f,
    output [7:0] w, x, y, z );
    assign {w, x, y, z} = {a, b, c, d, e, f, 2'b11};
endmodule

3-3 反转

module top_module( 
    input [7:0] in,
    output [7:0] out
);
	// 方式一
	generate
    	genvar i;
        for(i = 0;i < 8;i++)begin:conv//generate块的名为conv
            assign out[i] = in[7-i];
        end
    endgenerate
    
    // 方式二
    always@(*)begin
        for(int i = 0;i < 8;i++)begin
            out[i] = in[7-i];
        end
    end
endmodule

3-4 复制

assign out = {{24{in[7]}}, in};

4 模块

4-1 模块移位

module top_module ( input clk, input d, output q );
    wire q1,q2;
    my_dff dff1(
        .clk(clk),
        .d(d),
        .q(q1)
    );
    my_dff dff2(
        .clk(clk),
        .d(q1),
        .q(q2)
    );
    my_dff dff3(
        .clk(clk),
        .d(q2),
        .q(q)
    );
endmodule

4-2 32位加法器

// 32位加法器由2个16位加法器组成，一个16位加法器由16个半加器组成
module top_module (
    input [31:0] a,
    input [31:0] b,
    output [31:0] sum
);
	wire cout1;
	add16 add16_1(
		.a(a[15:0]),
		.b(b[15:0]),
		.cin(1'b0),
		.sum(sum[15:0]),
		.cout(cout1)
	);
	add16 add16_2(
		.a(a[31:16]),
		.b(b[31:16]),
		.cin(cout1),
		.sum(sum[31:16]),
		.cout()
	);
endmodule

module add1 (
	input a, b, cin, 
	output sum, cout );
	assign {cout,sum} = a + b + cin;
endmodule

其中 assign {cout,sum} = a + b + cin; 例如四位加法器有：
$a_{dec}=11,b_{dec}=13,a+b_{dec}=24$（$a_{bin}=1011,b_{bin}=1101$,$(a+b{)}_{bin}=$$0001$ $1000$）
$ci{n}_{n-1}=cou{t}_n$

位号	cin	a	b	cout	sum
0	0	1	1	1	0
1	1	1	0	1	0
2	1	0	1	1	0
3	1	1	1	1	1

4-3 减法器

module top_module(
    input [31:0] a,
    input [31:0] b,
    input sub,
    output [31:0] sum
);
    wire cout1;
    wire [31:0] b_in;
    assign b_in = b ^ {32{sub}};   // 异或
    add16 add16_1(
        .a(a[15:0]),
        .b(b_in[15:0]),
        .cin(sub),
        .sum(sum[15:0]),
        .cout(cout1)
    );
    add16 add16_2(
        .a(a[31:16]),
        .b(b_in[31:16]),
        .cin(cout1),
        .sum(sum[31:16]),
        .cout()
    );
endmodule