HDLBits：在线学习 Verilog （九 · Problem 40 - 44）
HDLBits：在线学习 Verilog （九 · Problem 40 - 44）
本系列内容来自于知乎专栏，链接如下：https://zhuanlan.zhihu.com/c_1131528588117385216 本系列文章将和读者一起巡礼数字逻辑在线学习网站 HDLBits 的教程与习题，并附上解答和一些作者个人的理解，相信无论是想 7 分钟精通 Verilog，还是对 Verilog 和数电知识查漏补缺的同学，都能从中有所收获。
Problem 40 Combinational for-loop: 255-bit population count
设计电路来计算输入矢量中 ’1‘ 的个数，题目要求建立一个255bit输入的矢量来判断输入中 ’1‘ 的个数。
Hint
像这种重复的工作，我们可以采用for循环来计算。
module top_module(
input [254:0] in,
output [7:0] out );
integer i；
always @ (*)
begin
out = 8'b0000_0000; //为了后面的计数累加，此处先初始化为0.
for (i=0; i<255; i++)
begin
if(in[i] == 1'b1)
out = out + 1'b1;
else
out = out + 1'b0;
end
end
endmodule
Problem 42 Generate for-loop: 100-bit binary adder 2
通过实例化100个全加器来实现一个100bit的二进制加法器。该加法器有两个100bit的输入和cin，输出为sum与cout。为了鼓励大家使用实例化来完成电路设计，我们同时需要输出每个全加器的cout。故cout[99]标志着全加器的最终进位。
Hint
有好多加法器需要实例化，可采用实例化数组或generate语句来实现。
解析：
相当于例化100个1bit的全加器来实现100bit的带进位的加法器，我在这里偷懒了，首先想到两个always语句之间是并行的，然后就可以仅使用for循环来实现电路设计了。
考虑到for循环中只有cin与cout是变化的，每次计算中cout是本次计算的输出，也是下次计算的输入（cout就是下次计算的cin）。故我们先计算出cout[0] 和 sum[0]。
assign cout[0] = a[0] & b[0] | a[0] & cin | b[0] & cin;
assign sum[0] = a[0] ^ b[0] ^ cin;
然后开始for-loop
module top_module(
input [99:0] a, b,
input cin,
output [99:0] cout,
output [99:0] sum );
assign cout[0] = a[0] & b[0] | a[0] & cin | b[0] & cin;
//输出cout[0] == 下一次计算cin[1]
assign sum[0] = a[0] ^ b[0] ^ cin;
integer i;
always @ (*)
begin
for (i=1; i<100; i++)
begin
sum[i] = a[i] ^ b[i] ^ cout[i-1]; //这里cout[0]相当于cin[1]
end
end
always @ (*)
begin
for(i=1; i<100; i++)
begin
cout[i] = a[i] & b[i] | a[i] & cout[i-1] | b[i] & cout[i-1];
//cout[1] 等于下一次计算的输入cin[2].
end
end
endmodule
当然我的代码和题目要求是不符的，如果大家有好的代码可在评论区上传。
Problem 42 Generate for-loop: 100-digit BCD adder
本题已经提供了一个名为bcd_fadd的BCD一位全加器，他会添加两个BCD码和一个cin，并产生一个cout和sum。
module bcd_fadd {
input [3:0] a,
input [3:0] b,
input cin,
output cout,
output [3:0] sum );
我们需要实例化100个bcd_fadd来实现100位的BCD进位加法器。该加法器应包含两个100bit的BCD码(包含在400bit的矢量中)和一个cin， 输出产生sum 和 cout。
Hint
实例化数组和generate语句在这里很有用。
解析：
在本题中我们采用generate语句，什么是generate语句？
生成语句可以动态的生成verilog代码，当对矢量中的多个位进行重复操作时，或者当进行多个模块的实例引用的重复操作时，或者根据参数的定义来确定程序中是否应该包含某段Verilog代码的时候，使用生成语句能大大简化程序的编写过程。
使用关键字generate 与 endgenerate来指定范围。generate语句有generate-for、generate-if、generate-case三种语句，本题中我们使用generate-for语句。
generate-for语句：
（1) 必须有genvar关键字定义for语句的变量。
（2）for语句的内容必须加begin和end（即使就一句）。
（3）for语句必须有个名字。
例：
//创建一个2进制转换器
Module gray2bin
#(parameter SIZE = 8)
(
input [SIZE-1:0] gray,
output [SIZE-1:0] bin
)
Genvar gi; //在generate语句中采用genvar声明
generate
for (gi=0; gi<SIZE; gi=gi+1)
begin : genbit //for语句必须有名字
assign bin[i] = ^gray[SIZE-1:gi];
end
endgenerate
endmodule
//但是看Verilog Pro上写generate-for语句中，generate与endgenerate是可有可无的。
Verilog Generate Configurable RTL Designs - Verilog Prowww.verilogpro.com
解析：
module top_module(
input [399:0] a, b,
input cin,
output cout,
output [399:0] sum );
wire [399:0] cout_temp;
genvar i;
bcd_fadd inst1_bcd_fadd (
.a(a[3:0]),
.b(b[3:0]),
.cin(cin),
.cout(cout_temp[0]),
.sum(sum[3:0])
);
//与上题同理，还是先计算cout[0],我声明一个wire型的cout_temp来存放每次计算后cout的值。
generate
for(i=4; i<400; i=i+4)
begin: bcd
bcd_fadd inst_bcd_fadd(
.a(a[i+3:i]),
.b(b[i+3:i]),
.cin(cout_temp[i-4]), //上次计算输出的cout
.cout(cout_temp[i]), //本次计算输出的cout，在下次计算中变为cin
.sum(sum[i+3:i])
);
end
endgenerate
assign cout = cout_temp[396];
endmodule
Problem 43 Wire
实现如下电路：
解析：一个简单的wire型输出，直接assign即可
module top_module (
input in,
output out);
assign out = in;
endmodule
Problem 44 GND
实现如下电路：
解析：接地
module top_module (
output out);
assign out = 1'b0;
endmodule腾讯云开发者
