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【芯片设计- RTL 数字逻辑设计入门 11 -- 移位运算与乘法】

news 来源：原创 2025/5/3 6:38:32

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文章目录

- 移位运算与乘法
- - Verilog Code
  - verilog 拼接运算符（{}）
  - Testbench Code
  - VCS 波形仿真
- 问题小结

移位运算与乘法

已知d为一个8位数，请在每个时钟周期分别输出该数乘1/3/7/8,并输出一个信号通知此时刻输入的d有效（d给出的信号的上升沿表示写入有效）
在这里插入图片描述

可以看到输入D 的波形在为6的地方比较特殊，从波形上可以看到它只持续了一个时钟周期，但是out 在乘1/3/7/8的时候都是使用这个6，而且根本没有用到d上的128，下一个信号直接是129的4次运算。所以不能根据D的实时变化来计算out的实时变化。

所以在第一个input_grant的时候需要对输入信号进行寄存，寄存持续4个时钟周期都去改变它，直到下个有效数据到的时候再去寄存。乘法操作都是针对寄存下来的值进行。

input_grant 在执行乘1运算的时候拉高，这里采用计数器的方式，在复位的时候计数器归0，一旦复位失效拉成高电平之后就开始计数，计数值为0/1/2/3, 一共是2bits的信号，根据计数值来判断输出，其实这种方式就是一个简化后的有限状态机的方式。

Verilog Code

module multi_sel(
	input		        clk,
	input		        rstn,
	input[7:0]	        d,
	output reg	        input_grant,
	output reg[10:0]    out
);

reg[1:0] count;
always @(posedge clk or negedge rstn) begin
	if (~rstn) begin
		count <= 2'b0;
	end
	else begin
		count <= count + 1'b1;
	end
end


// FSM methodology
reg[7:0]	d_reg;
always@(posedge clk or negedge rstn) begin
    if (~rstn) begin
		out <= 11'b0;
		input_grant <= 1'b0;
		d_reg <= 8'b0;
	end
	else begin
		case(count)
            2'b00:begin
                out <= d;
                d_reg <= d;
                input_grant <= 1'b1;
            end
            2'b01:begin
                out <= d_reg + {d_reg, 1'b0}; // *3
                input_grant <= 1'b0;
            end
            2'b10:begin
                out <= d_reg + {d_reg, 1'b0} + {d_reg, 2'b0}; // *7
                input_grant <= 1'b0;
            end
            2'b11:begin
                out <= {d_reg, 3'b0}; // *8
                input_grant <= 1'b0;
            end
            default: begin
                out <= d;
                input_grant <= 1'b0;
            end
        endcase
	end
end
endmodule

verilog 拼接运算符（{}）

a = 2'b10;
b = 3'b101;

则：

c = {a, b} = 5'b10101;
d = {2'b00, a} = 4'b0010;
e = {3{a}} = 6'b101010;
f = {{2{a}, b 1'b1} = 8'b10101011;

拼接乘法

a = 4'b1110;

则

g = {a, 1'b0} = 5'b11100; // *2

Testbench Code


module test;
    reg         clk;
    reg         rstn;
    reg[7:0]    d;
    reg         input_grant;
    reg[10:0]   out;

    multi_sel multi_sel_test(
        .clk(clk),
        .rstn(rstn),
        .d(d),
        .input_grant(input_grant),
        .out(out)
    );

    initial begin
`ifdef DUMP_FSDB
        $display("Dump fsdb wave!");
        $fsdbDumpfile("test.fsdb");
        $fsdbDumpvars;
`endif
	end
	
	initial begin
        clk = 1'b0;
        rstn = 1'b0;
        d = 8'b0;
        #15
        rstn = 1'b1;
    end

    initial begin
        repeat(200) begin
            #10 clk =~clk;
            $display("---run time ---: %d", $time);
            if ($time >= 1000) begin
                $finish;
            end
        end
    end

    initial begin
        d = 8'd143;
        #30 d = 8'd7;
        #50 d = 8'd6;
        #60 d = 8'd128;
        #50 d = 8'd129;
        #50 $finish;
    end
endmodule