Verilog HDL基礎(chǔ)之：數(shù)據(jù)類(lèi)型和運(yùn)算符

 

常用數(shù)據(jù)類(lèi)型

Verilog HDL中總共有19種數(shù)據(jù)類(lèi)型，數(shù)據(jù)類(lèi)型是用來(lái)表示數(shù)字電路硬件中的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和傳送元素的。在本書(shū)中，我們先只介紹4個(gè)最基本的數(shù)據(jù)類(lèi)型，它們分別是：reg型，wire型，integer型和parameter型。

其他數(shù)據(jù)類(lèi)型在后面的章節(jié)里逐步介紹，讀者也可以查閱附錄中Verilog HDL語(yǔ)法參考書(shū)的有關(guān)章節(jié)逐步掌握。其他的類(lèi)型如下：large型、medium型、scalared型、time型、small型、tri型、trio型、tri1型、triand型、trior型、trireg型、vectored型、wand型和wor型。

這些數(shù)據(jù)類(lèi)型除time型外都與基本邏輯單元建庫(kù)有關(guān)，與系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒(méi)有很大的關(guān)系。在一般電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化的環(huán)境下，仿真用的基本部件庫(kù)是由半導(dǎo)體廠(chǎng)家和EDA工具廠(chǎng)家共同提供的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師不必過(guò)多地關(guān)心門(mén)級(jí)和開(kāi)關(guān)級(jí)的Verilog HDL語(yǔ)法現(xiàn)象。Verilog HDL語(yǔ)言中也有常量和變量之分，它們分別屬于以上這些類(lèi)型。下面對(duì)最常用的幾種進(jìn)行介紹。

常量

常量是在程序運(yùn)行過(guò)程中其值不能被改變的量。下面首先對(duì)在Verilog HDL語(yǔ)言中使用的數(shù)字及其表示方式進(jìn)行介紹。

1．?dāng)?shù)字

（1）整數(shù)。

在Verilog HDL中，整型常量有以下4種進(jìn)制表示形式。

① 二進(jìn)制整數(shù)（b或B）。

② 十進(jìn)制整數(shù)（d或D）。

③ 十六進(jìn)制整數(shù)（h或H）。

④ 八進(jìn)制整數(shù)（o或O）。

數(shù)字表達(dá)方式有以下3種。

① <位寬><進(jìn)制><數(shù)字>，這是一種全面的描述方式。

② <進(jìn)制><數(shù)字>，在這種描述方式中，數(shù)字的位寬采用缺省位寬（這由具體的機(jī)器系統(tǒng)決定，但至少32位）。

③ <數(shù)字>，在這種描述方式中，采用缺省進(jìn)制十進(jìn)制。

在表達(dá)式中，位寬指明了數(shù)字的精確位數(shù)。例如：一個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)數(shù)字的位寬為4，一個(gè)4位十六進(jìn)制數(shù)數(shù)字的位寬為16（因?yàn)槊繂蝹€(gè)十六進(jìn)制數(shù)要用4位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示），如下例所示：

8'b10101100     //位寬為8的數(shù)的二進(jìn)制表示，'b表示二進(jìn)制

8'ha2             //位寬為8的數(shù)的十六進(jìn)制，'h表示十六進(jìn)制。

（2）x和z值。

在數(shù)字電路中，x代表不定值，z代表高阻值。一個(gè)x可以用來(lái)定義十六/八/二進(jìn)制數(shù)的四/三/一位二進(jìn)制數(shù)的狀態(tài)。z的表示方式同x類(lèi)似。z還有一種表達(dá)方式是可以寫(xiě)作?。在使用case表達(dá)式時(shí)建議使用這種寫(xiě)法，以提高程序的可讀性，如下例所示：

4'b10x0          //位寬為4的二進(jìn)制數(shù)從低位數(shù)起第二位為不定值

4'b101z          //位寬為4的二進(jìn)制數(shù)從低位數(shù)起第一位為高阻值

12'dz            //位寬為12的十進(jìn)制數(shù)其值為高阻值（第一種表達(dá)方式）

12'd?            //位寬為12的十進(jìn)制數(shù)其值為高阻值（第二種表達(dá)方式）

8'h4x            //位寬為8的十六進(jìn)制數(shù)其低四位值為不定值

（3）負(fù)數(shù)。

一個(gè)數(shù)字可以被定義為負(fù)數(shù)，只需在位寬表達(dá)式前加一個(gè)減號(hào)，并且減號(hào)必須寫(xiě)在數(shù)字定義表達(dá)式的最前面。注意減號(hào)不可以放在位寬和進(jìn)制之間，也不可以放在進(jìn)制和具體的數(shù)之間，如下例所示：

-8'd5            //這個(gè)表達(dá)式代表5的補(bǔ)數(shù)（用8位二進(jìn)制數(shù)表示）

8'd-5            //非法格式

（4）下劃線(xiàn)（underscore_）。

下劃線(xiàn)可以用來(lái)分隔數(shù)字的表達(dá)以提高程序可讀性。但不可以用在位寬和進(jìn)制處，只能用在具體的數(shù)字之間，例如：

16'b1010_1011_1111_1010          //合法格式

8'b_0011_1010                     //非法格式

當(dāng)常量不聲明位數(shù)時(shí)，默認(rèn)值是32位，每個(gè)字母用8位的ASCII值表示，例如：

10＝32'd10＝32'b1010               //十進(jìn)制和二進(jìn)制

1=32'd1=32'b1                     //十進(jìn)制和二進(jìn)制

-1=-32'd1=32'hFFFFFFFF          //十進(jìn)制和十六進(jìn)制

'BX=32'BX=32'BXXXXXXX…X         //默認(rèn)聲明為32位

"AB"=16'B01000001_01000010       //每個(gè)字母用8位表示

2．參數(shù)（Parameter）

在Verilog HDL中用parameter來(lái)定義常量，即用parameter來(lái)定義一個(gè)標(biāo)識(shí)符代表一個(gè)常量，稱(chēng)為符號(hào)常量，即標(biāo)識(shí)符形式的常量。采用標(biāo)識(shí)符代表一個(gè)常量可提高程序的可讀性和可維護(hù)性。parameter型數(shù)據(jù)是一種常數(shù)型的數(shù)據(jù)，其說(shuō)明格式如下：

Parameter    參數(shù)名1＝表達(dá)式，參數(shù)名2＝表達(dá)式, …, 參數(shù)名n＝表達(dá)式;

parameter是參數(shù)型數(shù)據(jù)的確認(rèn)符，確認(rèn)符后跟著一個(gè)用逗號(hào)分隔開(kāi)的賦值語(yǔ)句表。在每一個(gè)賦值語(yǔ)句的右邊必須是一個(gè)常數(shù)表達(dá)式。也就是說(shuō)，該表達(dá)式只能包含數(shù)字或先前已定義過(guò)的參數(shù)，例如：

parameter  msb=7;                                     //定義參數(shù)msb為常量7

parameter  e=25, f=29;                              //定義兩個(gè)常數(shù)參數(shù)

parameter  r=5.7;                                     //聲明r為一個(gè)實(shí)型參數(shù)

parameter  byte_size=8, byte_msb=byte_size-1;    //用常數(shù)表達(dá)式賦值

parameter  average_delay = （r+f）/2;                  //用常數(shù)表達(dá)式賦值

參數(shù)型常數(shù)經(jīng)常用于定義延遲時(shí)間和變量寬度。在模塊或?qū)嵗脮r(shí)可通過(guò)參數(shù)傳遞改變?cè)诒灰媚K或?qū)嵗幸讯x的參數(shù)。下面將通過(guò)一個(gè)例子進(jìn)一步說(shuō)明在層次調(diào)用的電路中改變參數(shù)常用的一些用法。

module Decode（A,F）;                                    //模塊聲明

      parameter Width=1, Polarity=1;                   //參數(shù)聲明

      ……………

endmodule

module Top;

      wire［3:0］ A4;                                      //連線(xiàn)資源聲明

      wire［4:0］ A5;

      wire［15:0］ F16;

      wire［31:0］ F32;

      Decode  #（4,0） D1（A4,F16）;                     //模塊引用，并傳遞參數(shù)（4,0）

      Decode  #（5）  D2（A5,F32）;                      //模塊引用，并傳遞參數(shù)（5）

endmodule

在引用Decode實(shí)例時(shí)，D1和D2的Width將采用不同的值，分別為4和5，且D1的Polarity將為0?？捎美又兴玫姆椒▉?lái)改變參數(shù)，即用“#（4，0）”向D1中傳遞“Width=4，Polarity=0”，用“#（5）”向D2中傳遞“Width=5，Polarit=1”。

變量

變量是在程序運(yùn)行過(guò)程中，其值可以改變的量。在Verilog HDL中變量類(lèi)型有很多種，這里只對(duì)常用的幾種變量進(jìn)行介紹。

 

1．網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型變量

網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型表示結(jié)構(gòu)實(shí)體（例如門(mén)）之間的物理連接。網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型的變量不能儲(chǔ)存值，而且它必需受到驅(qū)動(dòng)器（例如門(mén)或連續(xù)賦值語(yǔ)句，assign）的驅(qū)動(dòng)。如果沒(méi)有驅(qū)動(dòng)器連接到網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型的變量上，則該變量就是高阻的，即其值為z。

常用的網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型變量包括wire型和tri型。這兩種變量都是用于連接器件單元，它們具有相同的語(yǔ)法格式和功能。之所以提供這兩種名字來(lái)表達(dá)相同的概念是為了與模型中所使用的變量的實(shí)際情況相一致。

wire型變量通常是用來(lái)表示單個(gè)門(mén)驅(qū)動(dòng)或連續(xù)賦值語(yǔ)句驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)，tri型變量則用來(lái)表示多驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)型數(shù)據(jù)。如果wire型或tri型變量沒(méi)有定義邏輯強(qiáng)度（logic strength），在多驅(qū)動(dòng)源的情況下，邏輯值會(huì)發(fā)生沖突，從而產(chǎn)生不確定值。

表1所示為在同等驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度下，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)的wire型和tri型變量的真值表。

表1                                                        wire/tri型變量真值表

wire/tri型變量雙驅(qū)動(dòng)源運(yùn)算結(jié)果
驅(qū)動(dòng)源1 驅(qū)動(dòng)源2	0	1	x	z
0	0	x	x	0
1		1	x	1
x	x	x	x	x
z	0	1	x	z

wire型變量常用來(lái)表示用于以assign關(guān)鍵字指定的組合邏輯信號(hào)。Verilog程序模塊中輸入/輸出信號(hào)類(lèi)型缺省時(shí)自動(dòng)定義為wire型。wire型變量可以用作任何方程式的輸入，也可以用作“assign”語(yǔ)句或?qū)嵗妮敵觥ire型變量的聲明格式如下：

wire ［n-1:0］ 變量名1,變量名2,…,變量名i;   //共有i條總線(xiàn)，每條總線(xiàn)內(nèi)有n條線(xiàn)路

也可以如下表示：

wire ［n:1］ 變量名1,變量名2,…,變量名i;    //共有i條總線(xiàn)，每條總線(xiàn)內(nèi)有n條線(xiàn)路

其中，wire是wire型變量的確認(rèn)符，［n-1:0］和［n:1］代表該變量的位寬，即該變量有幾位，最后跟著的是變量的名字。如果一次定義多個(gè)變量，變量名之間用逗號(hào)隔開(kāi)。聲明語(yǔ)句的最后要用分號(hào)表示語(yǔ)句結(jié)束。如下所示：

wire  a;                                      //定義了一個(gè)一位的wire型變量

wire ［7:0］ b;                              //定義了一個(gè)八位的wire型變量

wire ［4:1］ c, d;                          //定義了兩個(gè)四位的wire型變量

2．寄存器型變量

寄存器是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元的抽象。寄存器型變量的關(guān)鍵字是reg。通過(guò)賦值語(yǔ)句可以改變寄存器儲(chǔ)存的值，其作用與改變觸發(fā)器儲(chǔ)存的值相當(dāng)。

Verilog HDL語(yǔ)言提供了功能強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)語(yǔ)句使設(shè)計(jì)者能有效地控制是否執(zhí)行這些賦值語(yǔ)句。這些控制結(jié)構(gòu)用來(lái)描述硬件觸發(fā)條件，例如時(shí)鐘的上升沿和多路器的選通信號(hào)。reg類(lèi)型變量的缺省初始值為不定值，即x。

reg型變量常用來(lái)表示用于“always”模塊內(nèi)的指定信號(hào)，常代表觸發(fā)器。通常，在設(shè)計(jì)中要由“always”塊通過(guò)使用行為描述語(yǔ)句來(lái)表達(dá)邏輯關(guān)系。在“always”塊內(nèi)被賦值的每一個(gè)信號(hào)都必須定義成reg型。和wire型變量類(lèi)似，reg型變量的聲明格式如下：

reg ［n-1:0］ 變量名1,變量名2,…,變量名i;       //共有i條總線(xiàn)，每條總線(xiàn)內(nèi)有n條線(xiàn)路

也可以如下表示：

reg ［n:1］   變量名1,變量名2,…,變量名i;       //共有i條總線(xiàn)，每條總線(xiàn)內(nèi)有n條線(xiàn)路

其中，reg是reg型變量的確認(rèn)標(biāo)識(shí)符，［n-1:0］和［n:1］代表該變量的位寬，即該變量有幾位（bit），最后跟著的是變量的名字。如果一次定義多個(gè)變量，變量名之間用逗號(hào)隔開(kāi)。聲明語(yǔ)句的最后要用分號(hào)表示語(yǔ)句結(jié)束。如下所示：

reg  rega;                          //定義了一個(gè)一位的名為rega的reg型變量

reg ［3:0］  regb;                  //定義了一個(gè)四位的名為regb的reg型變量

reg ［4:1］  regc, regd;          //定義了兩個(gè)四位的名為regc和regd的reg型變量

reg型變量可以賦正值，也可以賦負(fù)值。但當(dāng)一個(gè)reg型變量是一個(gè)表達(dá)式中的操作數(shù)時(shí)，它的值將被當(dāng)作是無(wú)符號(hào)值，即正值。例如：當(dāng)一個(gè)四位的寄存器用作表達(dá)式中的操作數(shù)時(shí)，如果開(kāi)始寄存器被賦以值-1，則在表達(dá)式中進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，其值被認(rèn)為是+15。

3．存儲(chǔ)器型變量

Verilog HDL通過(guò)對(duì)reg型變量建立數(shù)組來(lái)對(duì)存儲(chǔ)器建模，用于描述RAM型存儲(chǔ)器、ROM存儲(chǔ)器和reg文件。數(shù)組中的每一個(gè)單元通過(guò)一個(gè)數(shù)組索引進(jìn)行尋址。由于在Verilog語(yǔ)言中沒(méi)有多維數(shù)組存在，因此memory型數(shù)據(jù)是通過(guò)擴(kuò)展reg型數(shù)據(jù)的地址范圍來(lái)生成的。其格式如下：

reg ［n-1:0］ 存儲(chǔ)器名［m-1:0］;

或：

reg ［n-1:0］ 存儲(chǔ)器名［m:1］;

在這里，reg［n-1:0］定義了存儲(chǔ)器中每一個(gè)存儲(chǔ)單元的大小，即該存儲(chǔ)單元是一個(gè)n位的寄存器。存儲(chǔ)器名后的［m-1:0］或［m:1］則定義了該存儲(chǔ)器中有多少個(gè)這樣的寄存器。最后用分號(hào)結(jié)束定義語(yǔ)句。下面舉例說(shuō)明：

reg ［7:0］  mema［255：0］;                //定義一個(gè)名為mema的256×8的存儲(chǔ)器

這個(gè)例子定義了一個(gè)名為mema的存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器有256個(gè)8位的存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器的地址范圍是0～255。需要注意的是，對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行地址索引的表達(dá)式必須是常數(shù)表達(dá)式。

另外，在同一個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型聲明語(yǔ)句里，可以同時(shí)定義存儲(chǔ)器型數(shù)據(jù)和reg型數(shù)據(jù)。    例如：

parameter  wordsize=16, memsize=256;                           //定義兩個(gè)參數(shù)

reg ［wordsize-1:0］ mem［memsize-1:0］,writereg, readreg;  //使用可變參數(shù)來(lái)定義存儲(chǔ)器

盡管memory型數(shù)據(jù)和reg型數(shù)據(jù)的定義格式很相似，但要注意其不同之處。如一個(gè)由n個(gè)1位寄存器構(gòu)成的存儲(chǔ)器組是不同于一個(gè)n位的寄存器的，如下所示：

reg ［n-1:0］ rega;                   //一個(gè)n位的寄存器

reg mema ［n-1:0］;                   //一個(gè)由n個(gè)1位寄存器構(gòu)成的存儲(chǔ)器組

一個(gè)n位的寄存器可以在一條賦值語(yǔ)句里進(jìn)行賦值，而一個(gè)完整的存儲(chǔ)器則不行，例如：

rega =0;                             //合法賦值語(yǔ)句

mema =0;                             //非法賦值語(yǔ)句

如果想對(duì)memory中的存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀寫(xiě)操作，必須指定該單元在存儲(chǔ)器中的地址。下面的寫(xiě)法是正確的。

mema［3］=0;                      //給memory中的第3個(gè)存儲(chǔ)單元賦值為0。

進(jìn)行尋址的地址索引可以是表達(dá)式，這樣就可以對(duì)存儲(chǔ)器中的不同單元進(jìn)行操作。表達(dá)式的值可以取決于電路中其他的寄存器的值。例如可以用一個(gè)加法計(jì)數(shù)器來(lái)做RAM的地址索引。

 

常用運(yùn)算符

Verilog HDL語(yǔ)言的運(yùn)算符范圍很廣，其運(yùn)算符按其功能可分為以下幾類(lèi)。

• 算術(shù)運(yùn)算符：（+,－,×，/,%）。
• 賦值運(yùn)算符：（=,<=）。
• 關(guān)系運(yùn)算符：（>,<,>=,<=）。
• 邏輯運(yùn)算符：（&&,||,!）。
• 條件運(yùn)算符：（?:）。
• 位運(yùn)算符：（～,|,^,&,^～）。
• 移位運(yùn)算符：（<<,>>）。
• 拼接運(yùn)算符：（{ }）。
• 其他

在Verilog HDL語(yǔ)言中運(yùn)算符所帶的操作數(shù)是不同的，按其所帶操作數(shù)的個(gè)數(shù)運(yùn)算符可分為以下3種。

單目運(yùn)算符（unary operator）：可以帶一個(gè)操作數(shù)，操作數(shù)放在運(yùn)算符的右邊。

二目運(yùn)算符（binary operator）：可以帶兩個(gè)操作數(shù)，操作數(shù)放在運(yùn)算符的兩邊。

三目運(yùn)算符（ternary operator）：可以帶三個(gè)操作數(shù)，這三個(gè)操作數(shù)用三目運(yùn)算符分隔開(kāi)。

例如：

clock = ～clock;          // ～ 是一個(gè)單目取反運(yùn)算符,clock是操作數(shù)。

c = a | b;                // | 是一個(gè)二目按位或運(yùn)算符,a 和 b是操作數(shù)。

r = s ? t : u;           // ?: 是一個(gè)三目條件運(yùn)算符,s，t，u是操作數(shù)。

下面對(duì)常用的幾種運(yùn)算符進(jìn)行介紹。

1．基本的算術(shù)運(yùn)算符

在Verilog HDL語(yǔ)言中，算術(shù)運(yùn)算符又稱(chēng)為二進(jìn)制運(yùn)算符，共有下面幾種。

• +：（加法運(yùn)算符或正值運(yùn)算符,如ega+regb、+3）。
• −：（減法運(yùn)算符或負(fù)值運(yùn)算符，如rega−3、−3）。
• ´：（乘法運(yùn)算符，如rega´3）。
• /：（除法運(yùn)算符，如5/3）。
• % ：（模運(yùn)算符或求余運(yùn)算符，要求%兩側(cè)均為整型數(shù)據(jù)，如7%3的值為1）。

在進(jìn)行整數(shù)除法運(yùn)算時(shí)，結(jié)果值要略去小數(shù)部分，只取整數(shù)部分。而進(jìn)行取模運(yùn)算時(shí)，結(jié)果值的符號(hào)位采用模運(yùn)算式里第一個(gè)操作數(shù)的符號(hào)位，例如：

10%3          1       //余數(shù)為1

11%3          2        //余數(shù)為2

12%3          0       //余數(shù)為0，即無(wú)余數(shù)

-10%3         -1      //結(jié)果取第一個(gè)操作數(shù)的符號(hào)位,所以余數(shù)為-1

11%3          2       //結(jié)果取第一個(gè)操作數(shù)的符號(hào)位,所以余數(shù)為2.

注意	在進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算操作時(shí)，如果某一個(gè)操作數(shù)有不確定的值x，則整個(gè)結(jié)果也為不定值x。

2．位運(yùn)算符

Verilog HDL作為一種硬件描述語(yǔ)言是針對(duì)硬件電路而言的。在硬件電路中信號(hào)有4種狀態(tài)值1、0、x和z。在電路中信號(hào)進(jìn)行與或非時(shí)，反映在Verilog HDL中則是相應(yīng)的操作數(shù)的位運(yùn)算。Verilog HDL提供了以下5種位運(yùn)算符。

• ～ ：（取反）
•  & ：（按位與）
• | ：（按位或）
• ^ ：（按位異或）
•  ^～：（按位同或（異或非））

說(shuō)明：

• 位運(yùn)算符中除了～是單目運(yùn)算符以外，均為二目運(yùn)算符,即要求運(yùn)算符兩側(cè)各有一個(gè)操作數(shù)。
• 位運(yùn)算符中的二目運(yùn)算符要求對(duì)兩個(gè)操作數(shù)的相應(yīng)位進(jìn)行運(yùn)算操作。

下面對(duì)各運(yùn)算符分別進(jìn)行介紹。

“取反”運(yùn)算符～

～是一個(gè)單目運(yùn)算符，用來(lái)對(duì)一個(gè)操作數(shù)進(jìn)行按位取反運(yùn)算。如表2所示為單目運(yùn)算符～的運(yùn)算規(guī)則表。

表2                                                             ～ 運(yùn)算規(guī)則表

～運(yùn)算
操  作  數(shù)	結(jié)    果
1	0
0	1
x	x

舉例說(shuō)明：

rega='b1010;         //rega的初值為'b1010

rega=～rega;         //rega的值進(jìn)行取反運(yùn)算后變?yōu)?#39;b0101

“按位與”運(yùn)算符&

按位與運(yùn)算就是將兩個(gè)操作數(shù)的相應(yīng)位進(jìn)行與運(yùn)算，其運(yùn)算規(guī)則如表3所示。

表3                                                              & 運(yùn)算規(guī)則表

& 運(yùn)算
操作數(shù)1 操作數(shù)2	0	1	x
0	0	0	0
1	0	1	x
x	0	x	x

“按位或”運(yùn)算符 |

按位或運(yùn)算就是將兩個(gè)操作數(shù)的相應(yīng)位進(jìn)行或運(yùn)算，其運(yùn)算規(guī)則如表4所示。

表4                                                              | 運(yùn)算規(guī)則表

| 運(yùn)算
操作數(shù)1 操作數(shù)2	0	1	x
0	0	1	x
1	1	1	1
x	x	1	x

“按位異或”運(yùn)算符^（也稱(chēng)之為XOR運(yùn)算符）

按位異或運(yùn)算就是將兩個(gè)操作數(shù)的相應(yīng)位進(jìn)行異或運(yùn)算，其運(yùn)算規(guī)則如表5所示。

表5                                                              ^ 運(yùn)算規(guī)則表

^ 運(yùn)算
操作數(shù)1 操作數(shù)2	0	1	x
0	0	1	x
1	1	0	x
x	x	x	x

“按位同或”運(yùn)算符^～

按位同或運(yùn)算就是將兩個(gè)操作數(shù)的相應(yīng)位先進(jìn)行異或運(yùn)算再進(jìn)行非運(yùn)算，其運(yùn)算規(guī)則如表6所示。

表6                                                           ^～ 運(yùn)算規(guī)則表

^～ 運(yùn)算
操作數(shù)1 操作數(shù)2	0	1	x
0	1	0	x
1	0	1	x
x	x	x	x

 

不同長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)進(jìn)行位運(yùn)算

兩個(gè)長(zhǎng)度不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行位運(yùn)算時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將兩者按右端對(duì)齊。位數(shù)少的操作數(shù)會(huì)在相應(yīng)的高位用0填滿(mǎn)，以使兩個(gè)操作數(shù)按位進(jìn)行操作。

3．邏輯運(yùn)算符

在Verilog HDL語(yǔ)言中存在3種邏輯運(yùn)算符。

• &&：（邏輯與）
• ||：（邏輯或）
• ! ：（邏輯非）

“&&”和“||”是二目運(yùn)算符，它要求有兩個(gè)操作數(shù)，如（a>b）&&（b>c），（a<b）||（b<c）。“!”是單目運(yùn)算符，只要求一個(gè)操作數(shù)，如!（a>b）。如表7所示為邏輯運(yùn)算的真值表。它表示當(dāng)a和b的值為不同的組合時(shí)，各種邏輯運(yùn)算所得到的值。

表7                                                            邏輯運(yùn)算真值表

操  作  數(shù)		邏輯運(yùn)算及結(jié)果
a	b	!a	!b	a&&b	a||b
真	真	假	假	真	真
真	假	假	真	假	真
假	真	真	假	假	真
假	假	真	真	假	假

邏輯運(yùn)算符中“&&”和“||”的優(yōu)先級(jí)別低于關(guān)系運(yùn)算符，“!”的優(yōu)先級(jí)別高于算術(shù)運(yùn)算符，例如。

（a>b）&&（x>y）       可寫(xiě)成:      a>b && x>y

（a==b）||（x==y）     可寫(xiě)成:      a==b || x==y

（!a）||（a>b）        可寫(xiě)成:      !a || a>b

為了提高程序的可讀性，明確表達(dá)各運(yùn)算符間的優(yōu)先關(guān)系，建議使用括號(hào)。

4．關(guān)系運(yùn)算符

關(guān)系運(yùn)算符共有以下4種。

• a < b：（a小于b）
• a > b：（a大于b）
• a <= b：（a小于或等于b）
• a >= b：（a大于或等于b）

在進(jìn)行關(guān)系運(yùn)算時(shí)，如果聲明的關(guān)系是假的（flase），則返回值是0；如果聲明的關(guān)系是真的（true），則返回值是1；如果某個(gè)操作數(shù)的值不定，則關(guān)系是模糊的，返回值是不定值。

所有的關(guān)系運(yùn)算符有著相同的優(yōu)先級(jí)別。關(guān)系運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)別低于算術(shù)運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)別，例如。

a < size-1            //這種表達(dá)方式等同于下面一行的表達(dá)方式

a < （size-1）

size - （1 < a）     //這種表達(dá)方式不等同于下面一行的表達(dá)方式

size - 1 < a

從上面的例子可以看出這兩種不同運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)別。當(dāng)表達(dá)式size -（1<a）進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，關(guān)系表達(dá)式先被運(yùn)算，然后返回結(jié)果值0或1被size減去。而當(dāng)表達(dá)式 size -1<a 進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，size先被減去1，然后再同a相比。

5．等式運(yùn)算符

在Verilog HDL語(yǔ)言中存在4種等式運(yùn)算符。

• = =：（等于）
• != ：（不等于）
• = = =：（等于）
• != =：（不等于）

這4個(gè)運(yùn)算符都是二目運(yùn)算符，它要求有兩個(gè)操作數(shù)。“= =”和“!=”又稱(chēng)為邏輯等式運(yùn)算符，其結(jié)果由兩個(gè)操作數(shù)的值決定。由于操作數(shù)中某些位可能是不定值x和高阻值z(mì)，結(jié)果可能為不定值x。

“= = =”和“!= =”運(yùn)算符則不同，它在對(duì)操作數(shù)進(jìn)行比較時(shí)，對(duì)某些位的不定值x和高阻值z(mì)也進(jìn)行比較。兩個(gè)操作數(shù)必需完全一致，其結(jié)果才是1，否則為0。“= = =”和“!= =”運(yùn)算符常用于case表達(dá)式的判別，所以又稱(chēng)為“case等式運(yùn)算符”。

這4個(gè)等式運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)別是相同的。下面畫(huà)出“= =”與“= = =”的真值表，幫助理解兩者間的區(qū)別。

表8                                                          等式運(yùn)算符真值表

= = = 運(yùn)算
操作數(shù)1 操作數(shù)2	0	1	x	z
0	1	0	0	0
1	0	1	0	0
x	0	0	1	0
z	0	0	0	1
= = 運(yùn)算
操作數(shù)1 操作數(shù)2	0	1	x	z
0	1	0	x	x
1	0	1	x	x
x	x	x	x	x
z	x	x	x	x

 

下面舉一個(gè)例子說(shuō)明“= =”與“= = =”的區(qū)別。

if（A==1’bx）  $display（ "AisX" ）;      //當(dāng)A等于X時(shí)，這個(gè)語(yǔ)句不執(zhí)行

if（A===1’bx） $display（ "AisX" ）; //當(dāng)A等于X時(shí)，這個(gè)語(yǔ)句執(zhí)行

6．移位運(yùn)算符

在Verilog HDL中有兩種移位運(yùn)算符。

<<：（左移位運(yùn)算符）

>>：（右移位運(yùn)算符）

其使用方法如下：

a >> n;

a << n;

a代表要進(jìn)行移位的操作數(shù)，n代表要移幾位。這兩種移位運(yùn)算都用0來(lái)填補(bǔ)移出的空位。下面舉例說(shuō)明：

module  shift;

     reg ［3:0］  start, result;

     initial begin

          start  = 1;                    //start在初始時(shí)刻設(shè)為值0001

          result = （start<<2）;       //移位后，start的值0100，然后賦給result

     end

endmodule

從上面的例子可以看出，start在移過(guò)兩位以后，用0來(lái)填補(bǔ)空出的位。進(jìn)行移位運(yùn)算時(shí)應(yīng)注意移位前后變量的位數(shù)，下面舉例說(shuō)明。

4’b1001<<1 = 5’b10010;                //左移1位后用0填補(bǔ)低位

4’b1001<<2 = 6’b100100;               //左移2位后用00填補(bǔ)低位

1<<6 = 32’b1000000;                    //左移6位后用000000填補(bǔ)低位

4’b1001>>1 = 4’b0100;                  //右移1位后，低1位丟失，高1位用0填補(bǔ)

4’b1001>>4 = 4’b0000;                  //右移4位后，低4位丟失，高4位用0填補(bǔ)

7．位拼接運(yùn)算符（Concatation）

在Verilog HDL語(yǔ)言有一個(gè)特殊的運(yùn)算符：位拼接運(yùn)算符{}。用這個(gè)運(yùn)算符可以把兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)的某些位拼接起來(lái)進(jìn)行運(yùn)算操作。其使用方法如下：

{信號(hào)1的某幾位，信號(hào)2的某幾位，..，..，信號(hào)n的某幾位}

即把某些信號(hào)的某些位詳細(xì)地列出來(lái)，中間用逗號(hào)分開(kāi)，最后用大括號(hào)括起來(lái)表示一個(gè)整體信號(hào)，例如：

{a,b［3:0］,w,3’b101}

也可以寫(xiě)成為：

{a,b［3］,b［2］,b［1］,b［0］,w,1’b1,1’b0,1’b1}

在位拼接表達(dá)式中不允許存在沒(méi)有指明位數(shù)的信號(hào)。這是因?yàn)樵谟?jì)算拼接信號(hào)的位寬的大小時(shí)必需知道其中每個(gè)信號(hào)的位寬。

位拼接也可以用重復(fù)法來(lái)簡(jiǎn)化表達(dá)式，如下所示：

{4{w}}            //等同于{w,w,w,w}

位拼接還可以用嵌套的方式來(lái)表達(dá)，如下所示：

{b,{3{a,b}}}     //等同于{b,a,b,a,b,a,b}

用于表示重復(fù)的表達(dá)式必須是常數(shù)表達(dá)式，如上例中的4和3。

8．縮減運(yùn)算符（reduction operator）

縮減運(yùn)算符是單目運(yùn)算符,也有與、或、非運(yùn)算。其與、或、非運(yùn)算規(guī)則類(lèi)似于位運(yùn)算符的與、或、非運(yùn)算規(guī)則,但其運(yùn)算過(guò)程不同。位運(yùn)算是對(duì)操作數(shù)的相應(yīng)位進(jìn)行與、或、非運(yùn)算,操作數(shù)是幾位數(shù)，則運(yùn)算結(jié)果也是幾位數(shù)。而縮減運(yùn)算則不同,縮減運(yùn)算是對(duì)單個(gè)操作數(shù)進(jìn)行與、或、非遞推運(yùn)算,最后的運(yùn)算結(jié)果是一位的二進(jìn)制數(shù)。

縮減運(yùn)算的具體運(yùn)算過(guò)程如下。

（1）先將操作數(shù)的第一位與第二位進(jìn)行與、或、非運(yùn)算。

（2）將運(yùn)算結(jié)果與第三位進(jìn)行與、或、非運(yùn)算，依次類(lèi)推，直至最后一位。

例如：

reg ［3:0］ B;

reg C;

C = &B;

相當(dāng)于：

C =（ （ B［0］&B［1］ ） & B［2］ ） & B［3］;

由于縮減運(yùn)算的與、或、非運(yùn)算規(guī)則類(lèi)似于位運(yùn)算符與、或、非運(yùn)算規(guī)則，這里不再詳細(xì)講述，可參照位運(yùn)算符的運(yùn)算規(guī)則介紹。

9．優(yōu)先級(jí)別

各種運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)別關(guān)系如表9所示。

表9                                                          運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)別表

運(yùn)  算  符	優(yōu) 先 級(jí) 別
! ～ * / % + － << >> < <= > >= == != === !== & ^ ^～ | && || ? :	高         低