暑期实习准备——Verilog手撕代码（持续更新中。。。
暑期实习准备——手撕代码
牛客刷题笔记
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Verilog快速入门
VL4 移位运算与乘法
- 要点1：题目用状态机实现，经典的两段式模板。
- 要点2：需要一个d_reg信号临时记录当前要加倍的d信号，这样才能保证d信号变化时，加倍的仍然是原本的d信号，注意d_reg<=d；赋值语句应该在11状态，即每一轮状态转换结束后，开启新一轮状态前。
- 要点3：always @ (posedge clk or negedge rst or current_state) 第二段的敏感事件表套模板的时候误删了current_state信号，导致所有的状态机状态转换被延长了一拍，因此这里的敏感时间表一定要将记住写current_state。
- 要点4：注意为状态机以及其他输出信号赋初始值。
- 要点5：1、3、7、8倍数通过移位运算和加运算实现，不需要乘法运算。
`timescale 1ns/1ns
module multi_sel(
input [7:0]d ,
input clk,
input rst,
output reg input_grant,
output reg [10:0]out
);
reg [1:0] current_state,next_state;
reg[7:0] d_reg;
//*code*//always @ (posedge clk or negedge rst) beginif(!rst) current_state<=2'b00;else current_state<=next_state;//非阻塞赋值
endalways @ (posedge clk or negedge rst or current_state) beginnext_state<=2'b00;if(!rst) begininput_grant<=1'b0;out<=11'b0;d_reg<=d;endelse begincase(current_state)2'b00:begininput_grant<=1'b1;out<=d_reg;next_state<=2'b01;end2'b01:begininput_grant<=1'b0;out<= d_reg + {2'b0, d_reg, 1'b0};next_state<=2'b10;end2'b10:begininput_grant<=1'b0;out<=d_reg + {2'b0, d_reg, 1'b0} + {1'b0 ,d_reg, 2'b00};next_state<=2'b11;end2'b11:begininput_grant<=1'b0;out<={d_reg, 3'b000};next_state<=2'b00;d_reg<=d;endendcaseend
end
//*code*//
endmodule
VL5 位拆分与运算
- 要点1：仔细读题，注意题目中提到的只有在sel=0时输入才有效，因此需要reg_d把输入d锁存。
- 要点2：仔细读题，还是要理解题目的意思。
`timescale 1ns/1nsmodule data_cal(
input clk,
input rst,
input [15:0]d,
input [1:0]sel,output reg [4:0]out,
output reg validout
);
//*code*//
reg [15:0] reg_d;always @ (posedge clk or rst or d) beginif(!rst) beginout<=5'b0;validout<=0;endelse begincase(sel)2'b00:begin out<=5'b0; validout<=0; reg_d<=d ;end2'b01:begin out<=reg_d[3:0]+reg_d[7:4]; validout<=1; end2'b10:begin out<=reg_d[3:0]+reg_d[11:8]; validout<=1; end2'b11:begin out<=reg_d[3:0]+reg_d[15:12]; validout<=1; endendcaseend
end
//*code*//
endmodule
VL6 多功能数据处理器
- 要点1：有符号数以补码形式存储，可以直接进行加减运算。
- 要点2：
always @ (posedge clk or negedge rst_n)的写法是正确的，但有点疑惑是初始状态下就是低电平会不会触发，本题既然是正确的就说明初始低电平会触发。
always @ (posedge clk or rst_n)的写法是错误的，会在rst_n由0变为1时触发，但此时可能并非时钟上升沿，造成异常输出。
always @ (posedge clk)的写法会使得初始状态下输出信号处于无效状态，额外在always块前加上initial c<=9'b0;这样可以通过测试用例，但是initial语句不可综合，最好不要使用。
`timescale 1ns/1ns
module data_select(input clk,input rst_n,input signed[7:0]a,input signed[7:0]b,input [1:0]select,output reg signed [8:0]c
);always @ (posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n) beginc<=9'b0;endelse begincase(select)2'b00:begin c<=a; end2'b01:begin c<=b; end2'b10:begin c<=a+b; end2'b11:begin c<=a-b; endendcaseend
end
endmodule
VL8 使用generate…for语句简化代码
- 要点1：必须使用
genvar声明循环变量。 - 要点2：
begin-end之间插入赋值语句，begin后面必须声明循环实例的名称。 - 要点3：
generate-for常用来简化assign的赋值，assign data_out[i]=data_in[7-i];展开后的8条assign语句是并行赋值的。如，在6线-64线、8线-256线译码器中可以用来简化代码。
`timescale 1ns/1ns
module gen_for_module( input [7:0] data_in,output [7:0] data_out
);genvar i;generate for(i=0;i<=7;i=i+1)begin:labelassign data_out[i]=data_in[7-i];endendgenerate
endmodule
VL9 使用子模块实现三输入数的大小比较
- 要点1：两个比较器会导致进入比较器的三个输入时间不同步，需要使用三个子模块才可以正确实现。
在第一个上升沿，ab进入第一个比较器，c进入第二个比较器。但是比较器输出是需要时间的，在第一个上升沿，c立刻进入第二个比较器，但ab比较器的输出会较晚的进入第二个比较器，这就造成了输入时间不同步，从而造成输出错误。
使用三个比较器将c延迟一拍，就可以让输入子模块的时间都相等，从而不会出现进入时间不同导致的错误。
我们可以对波形进行分析来比较这两种写法的差别，testbench如下：
`timescale 1ns/1ns
module testbench();reg signed [7:0] a,b,c;reg clk,rst_n;wire [7:0]d;
main_mod dut(.clk(clk),.rst_n(rst_n),.a(a),.b(b),.c(c),.d(d)
);
always #5 clk = !clk;
initial beginclk=0;rst_n=0;#5 rst_n=1;#10 a=2;b=3;c=4;#10 a=4;b=2;c=1;#10 a=5;b=4;c=3;
end
endmodule
三个比较器的仿真波形如下。可以看到每一次比较的结果都在下一个时钟周期输出，分别为2，1，3。
二个比较器的仿真波形如下，此时比较结果为1，2，3，这是因为上一轮a,b的最小值实际上是与当前周期的c进行比较的，因此对于第一组输入，a和b的比较结果是2，2和下一组输入的c=1进行了比较，所以输出的最小值是1；同样第二组输出，a和b的比较结果是2，2和下一组输入的c=3进行了比较，所以输出为2；第二组输出，a和b的比较结果是4，4和下一组输入的c=3进行了比较，所以输出为3。
- 要点2：子模块中
c<=(a>b)?b:a;语句需要使用非阻塞赋值。
不知道为什么非阻塞不会报错，阻塞会报错显示有用例不通过。使用vivado综合出来的电路这两个是一样的。待解决！！！
但还是复习一下阻塞赋值和非阻塞赋值
非阻塞赋值b <= a;：非阻塞赋值中赋值并不是马上执行的，也就是说"always"块内的下一条语句执行后，b并不等于a，而是保持原来的值。"always"块结束后，才进行赋值。
阻塞赋值b=a;：方式是马上执行的。也就是说执行下一条语句时，b已等于a。
`timescale 1ns/1ns
module main_mod(input clk,input rst_n,input [7:0]a,input [7:0]b,input [7:0]c,output [7:0]d
);
wire [7:0] ab,ac;
sub_mod U1(.clk(clk),.rst_n(rst_n),.a(a),.b(b),.c(ab));
sub_mod U2(.clk(clk),.rst_n(rst_n),.a(a),.b(c),.c(ac));
sub_mod U3(.clk(clk),.rst_n(rst_n),.a(ab),.b(ac),.c(d));
endmodulemodule sub_mod(clk,rst_n,a,b,c);input clk,rst_n;input[7:0] a,b;output [7:0] c;reg[7:0]c;always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(~rst_n)c<=8'b0;else beginc<=(a>b)?b:a;endend
endmodule
VL11 4位数值比较器电路
要点1：题目中说要用门级描述完成，对于1bit数的比较对应的门运算如下，A>B对应~A&B，A<B对应A&~B，A=B对应~(A^B)。
`timescale 1ns/1nsmodule comparator_4(input [3:0] A ,input [3:0] B ,output wire Y2 , //A>Boutput wire Y1 , //A=Boutput wire Y0 //A<B
);assign Y2=(A[3]>B[3])|((A[3]==B[3])&(A[2]>B[2]))|((A[3]==B[3])&(A[2]==B[2])&(A[1]>B[1]))|((A[3]==B[3])&(A[2]==B[2])&(A[1]==B[1])&(A[0]>B[0]));
assign Y1=(A==B);
assign Y0=(A[3]<B[3])|((A[3]==B[3])&(A[2]<B[2]))|((A[3]==B[3])&(A[2]==B[2])&(A[1]<B[1]))|((A[3]==B[3])&(A[2]==B[2])&(A[1]==B[1])&(A[0]<B[0]));
endmodule
要点2：抽象描述可以写到直接比较A和B。
`timescale 1ns/1ns
module comparator_4(input [3:0] A ,input [3:0] B ,output wire Y2 , //A>Boutput wire Y1 , //A=Boutput wire Y0 //A<B
);
assign Y2=(A>B)?1:0;
assign Y1=(A==B)?1:0;
assign Y0=(A<B)?1:0;
endmodule
VL12 4bit超前进位加法器电路
加法器与半加器
超前进位加法器
1比特进位加法器的两种实现：
//实现1：逻辑代数
assign sum=a^b^cin;
assign cout=a&b|(cin&(a^b));或者assign cout=(a&b)|(a&cin)|(b&cin);
//实现2：抽象描述
assign {cout,sum}=a+b+cin;
assign cout=(a&b)|(a&cin)|(b&cin);很容易理解，即a,b,cin中任意两个或以上为1就进位。
assign cout=a&b|(cin&(a^b));可以理解为除了a,b为1的情况外，还有c为1同时 a和b中任意一个为1（a^b）。
多位数进位加法器
多位数进位加法器的实现有两种方式：串行进位加法器、超前进位加法器。
串行进位加法器就是将1比特加法器级联。
超前进位加法器是对串行全加器进行改良设计的并行加法器，以解决普通全加器串联互相进位产生的延迟。
一位全加器的进位的运算逻辑（前面的式子是(A^B)这里是(A|B)，对结果没有影响，|包含了^）：
其中，令进位函数Gi = AiBi， 令进位传送函数Pi = Ai + Bi；
对于4比特超前进位加法器来说，进位输出如下：
Si=Ai^Bi^(CI)i，对应的(CI)i=(CO)i-1，即Si=Ai^Bi^(CO)i-1。通过前面的推导已经得出了，可得：
- 要点1：需要明确4bit超前进位加法器的原理与推导过程，上一位运算的输出CO是下一位运算的输入CI，
COi=(Ai&Bi)|(CIi&(Ai|Bi))。 - 要点2：仿真自测时定义了一个8bit数num每个时钟周期累加1，将低4比特和高4比特赋值给A和B，需要注意的是给num赋初值！！！要不然仿真波形一片红！！！
`timescale 1ns/1nsmodule lca_4(input [3:0] A_in ,input [3:0] B_in ,input C_1 ,output wire CO ,output wire [3:0] S
);
wire[3:0] g,p,c;
assign p=A_in|B_in;
assign g=A_in&B_in;
assign c[0]=g[0]|(p[0]&C_1);
assign c[1]=g[1]|(p[1]&(g[0]|(p[0]&C_1)));
assign c[2]=g[2]|(p[2]&(g[1]|(p[1]&(g[0]|(p[0]&C_1)))));
assign c[3]=g[3]|(p[3]&(g[2]|(p[2]&(g[1]|(p[1]&(g[0]|(p[0]&C_1)))))));
assign CO=c[3];assign S=A_in^B_in^{c[2:0],C_1};
endmodule
测试代码：
`timescale 1ns/1ns
module testbench();
reg[3:0] A_in,B_in;
reg C_1;
wire CO;
wire[3:0] S;
reg[7:0] num;lca_4 U1(.A_in(A_in),.B_in(B_in),.C_1(C_1),.CO(CO),.S(S));
initial beginC_1=0;num=0;
end
always #10 begin num=num+1;A_in<=num[3:0];B_in<=num[7:4];
end
endmodule
VL13 优先编码器电路①
要点1：题目给的是I1-I9，注意顺序。
要点2：case、casez和casex三者都是可以综合的。case进行全等匹配，casez忽略?或z对应的位进行匹配，casex忽略x、?或z对应的位进行匹配。
`timescale 1ns/1ns
module encoder_0(input [8:0] I_n,output reg [3:0] Y_n
);
always@(I_n)begincasez(I_n)9'b111111111:Y_n<=4'b1111;9'b0????????:Y_n<=4'b0110;9'b10???????:Y_n<=4'b0111;9'b110??????:Y_n<=4'b1000;9'b1110?????:Y_n<=4'b1001;9'b11110????:Y_n<=4'b1010;9'b111110???:Y_n<=4'b1011;9'b1111110??:Y_n<=4'b1100;9'b11111110?:Y_n<=4'b1101;9'b111111110:Y_n<=4'b1110;endcase
end
endmodule
要点3：《CPU设计实战》这本书中提到在CPU设计中必须遵守的硬性规定是代码中禁止出现casez、casex，因此可以采用如下写法，看Y9~Y0中出现的第一个0的位置。
`timescale 1ns/1ns
module encoder_0(input [8:0] I_n,output [3:0] Y_n
);
assign Y_n=(~I_n[8])?4'b0110:(~I_n[7])?4'b0111:(~I_n[6])?4'b1000:(~I_n[5])?4'b1001:(~I_n[4])?4'b1010:(~I_n[3])?4'b1011:(~I_n[2])?4'b1100:(~I_n[1])?4'b1101:(~I_n[0])?4'b1110:4'b1111;
endmodule
VL14 用优先编码器①实现键盘编码电路
题目描述的不是很清楚。
要点1：GS：按下为1，不按为0，需要注意的是最后assign GS=(S_n==10'b1111111111)?1'b0:1'b1;并不能只判断S_n[0]==1，因为其他按键（9~1）被按下时S_n[0]也为0；
要点2：最终的输出需要对译码结果取反assign L=~Y_n;
`timescale 1ns/1nsmodule encoder_0(input [8:0] I_n ,output [3:0] Y_n
);
assign Y_n=(~I_n[8])?4'b0110:(~I_n[7])?4'b0111:(~I_n[6])?4'b1000:(~I_n[5])?4'b1001:(~I_n[4])?4'b1010:(~I_n[3])?4'b1011:(~I_n[2])?4'b1100:(~I_n[1])?4'b1101:(~I_n[0])?4'b1110:4'b1111;
endmodulemodule key_encoder(input [9:0] S_n , output wire[3:0] L ,output wire GS
);wire[3:0] Y_n;encoder_0 U1(.I_n(S_n[9:1]),.Y_n(Y_n));//GS：按下为1，不按为0assign GS=(S_n==10'b1111111111)?1'b0:1'b1;assign L=~Y_n;
endmodule
VL16 使用8线-3线优先编码器Ⅰ实现16线-4线优先编码器
要点1：编码的结果为000时，可能有三种情况，（1）译码器没有使能，不工作，此时GS=0;EO=0；（2）译码器再工作，但无输入,GS=0;EO=1；；（3）译码器在工作，且有输入，输入为0000_0001,GS=1;EO=0；;
要点2：参考SNx4HC148 8-Line to 3-Line Priority Encoders理解如何使用两个8-3译码器得到一个16-4译码器。实际就是将两个8-3译码器的EO与EI连接，输出取或运算作为译码结果的低3位I[2:0]，高位译码器的GS作为译码结果I[3](1表示高位译码器在译码15~8，0表示在译码0~7)。最终的GS为GS1|GS2。
真值表如下：
`timescale 1ns/1ns
module encoder_83(input [7:0] I ,input EI ,output wire [2:0] Y ,output wire GS ,output wire EO
);
assign {Y,GS,EO}=(~EI)?5'b00000:I[7]?5'b11110:I[6]?5'b11010:I[5]?5'b10110:I[4]?5'b10010:I[3]?5'b01110:I[2]?5'b01010:I[1]?5'b00110:I[0]?5'b00010:5'b00001;
endmodulemodule encoder_164(input [15:0] A ,input EI ,output wire [3:0] L ,output wire GS ,output wire EO
);
wire GS1,GS2,EO1;
wire[2:0] L1,L2;
encoder_83 U1(.I(A[15:8]),.EI(EI),.Y(L1[2:0]),.GS(GS1),.EO(EO1));
encoder_83 U2(.I(A[7:0]),.EI(EO1),.Y(L2[2:0]),.GS(GS2),.EO(EO));
assign L={GS1,L1|L2};
assign GS=GS1|GS2;
endmodule
VL17 用3-8译码器实现全减器
要点1：最小项与最大项。
全减器真值表如下，可以看到对于A B Ci来说，从上到下一次为最小项m0~m7，因此D=m1+m2+m4+m7，Co=m1+m2+m3+m7。将A B Ci接入题中3-8译码器，译码器输出Yi对应的是mi取反。
`timescale 1ns/1nsmodule decoder_38(input E1_n ,input E2_n ,input E3 ,input A0 ,input A1 ,input A2 ,output wire Y0_n , output wire Y1_n , output wire Y2_n , output wire Y3_n , output wire Y4_n , output wire Y5_n , output wire Y6_n , output wire Y7_n
);
wire E ;
assign E = E3 & ~E2_n & ~E1_n;
assign Y0_n = ~(E & ~A2 & ~A1 & ~A0);
assign Y1_n = ~(E & ~A2 & ~A1 & A0);
assign Y2_n = ~(E & ~A2 & A1 & ~A0);
assign Y3_n = ~(E & ~A2 & A1 & A0);
assign Y4_n = ~(E & A2 & ~A1 & ~A0);
assign Y5_n = ~(E & A2 & ~A1 & A0);
assign Y6_n = ~(E & A2 & A1 & ~A0);
assign Y7_n = ~(E & A2 & A1 & A0);
endmodulemodule decoder1(input A ,input B ,input Ci ,output wire D ,output wire Co
);
wire E3=1,E2_n=0,E1_n=0;
wire m0,m1,m2,m3,m4,m5,m6,m7;
decoder_38 U1(.E1_n(E1_n),.E2_n(E2_n),.E3(E3),.A0(Ci),.A1(B),.A2(A),.Y0_n(m0),.Y1_n(m1),.Y2_n(m2),.Y3_n(m3),.Y4_n(m4),.Y5_n(m5),.Y6_n(m6),.Y7_n(m7));
assign D=(~m1)|(~m2)|(~m4)|(~m7);
assign Co=(~m1)|(~m2)|(~m3)|(~m7);
endmodule
VL19 使用3-8译码器①实现逻辑函数
要点1：熟悉逻辑函数的两种表示形式，最小项和最大项。以本题为例，将逻辑表达式写为最小项形式，即L=m1+m3+m6+m7，又因为3-8译码器的输出恰好是最小项取反，以ABC=111为例，对应最小项m7=1，对应译码器输出为Y7=0，因此只需要将译码器输出取反即为对应的最小项的值。
要点2：题目中表达式的最大项表达式为L=M0+M3+M4+M5，其中M0=A+B+C。最大项表式可以由最小项表示推导出。
//module decoder_38省略，题目中直接给出了
module decoder0(input A ,input B ,input C ,output wire L
);wire E3=1,E2_n=0,E1_n=0;
wire m0,m1,m2,m3,m4,m5,m6,m7;
decoder_38 U1(.E1_n(E1_n),.E2_n(E2_n),.E3(E3),.A0(C),.A1(B),.A2(A),.Y0_n(m0),.Y1_n(m1),.Y2_n(m2),.Y3_n(m3),.Y4_n(m4),.Y5_n(m5),.Y6_n(m6),.Y7_n(m7));assign L=(~m1)|(~m3)|(~m6)|(~m7);endmodule
Verilog进阶挑战
Verilog企业真题
常见数字IC手撕代码
数字IC笔试面试题汇总
- 异步fifo。格雷码的镜像对称。格雷码和二进制的互相转换。
- 同步fifo。
- 除法器。
- Wallace乘法器。
- Booth乘法器。
- Booth+Wallace乘法器。
- 超前进位加法器。
- 边沿检测，输入消抖，毛刺消除。
- 异步复位同步释放。
- 三种计数器。二进制，移位，移位+反向。
- 无毛刺时钟切换。
- 串行-并行CRC。（ARM）。
- 线性反馈移位寄存器。
- 握手实现CDC。
- AXI-S接口，2T一次传输，1T一次传输，1T一次传输还要寄存器寄存。（Nvidia考题）Xilinx有例程。
- 其他简单功能的HDL实现以及状态转换图。（序列检测 ，回文序列检测（NVIDIA），奇、偶、半分频，小数分频，自动售货机）。
