Kombinationslogik mit immer

Der Verilog-Always-Block kann sowohl für sequentielle als auch für kombinatorische Logik verwendet werden. Anhand eines assign wurden einige Gestaltungsbeispiele gezeigt Aussage in einem früheren Artikel. Derselbe Satz von Designs wird als Nächstes mit einem always erkundet blockieren.

Beispiel Nr. 1:Einfache kombinatorische Logik

Der unten gezeigte Code implementiert eine einfache digitale kombinatorische Logik, die ein Ausgangssignal namens z vom Typ reg hat die aktualisiert wird, wenn eines der Signale in der Empfindlichkeitsliste seinen Wert ändert. Die Sensitivitätsliste wird in Klammern nach @ angegeben Betreiber.

  
  
module combo ( 	input 	a, b, c, d, e,
								output 	reg z);

	always @ ( a or b or c or d or e) begin
		z = ((a & b) | (c ^ d) & ~e);
	end
	
endmodule

  

Das Modul combo wird mit Synthesewerkzeugen in das folgende Hardwareschema ausgearbeitet und es ist ersichtlich, dass die kombinatorische Logik mit digitalen Gattern implementiert wird.

Verwenden Sie blockierende Zuweisungen, wenn Sie kombinatorische Logik mit einem Always-Block modellieren

Testbench

Die Testbench ist eine Plattform zur Simulation des Designs, um sicherzustellen, dass sich das Design wie erwartet verhält. Alle Kombinationen von Eingaben werden mit for zum Designmodul geleitet Schleife mit einer Verzögerungsangabe von 10 Zeiteinheiten, damit nach einiger Zeit der neue Wert an den Eingängen anliegt.

  
  
module tb;
	// Declare testbench variables
  reg a, b, c, d, e;
  wire z;
  integer i;
  
  // Instantiate the design and connect design inputs/outputs with
  // testbench variables
  combo u0 ( .a(a), .b(b), .c(c), .d(d), .e(e), .z(z));
  
  initial begin
  	// At the beginning of time, initialize all inputs of the design
  	// to a known value, in this case we have chosen it to be 0.
    a <= 0;
    b <= 0;
    c <= 0;
    d <= 0;
    e <= 0;
    
    // Use a $monitor task to print any change in the signal to 
    // simulation console 
    $monitor ("a=%0b b=%0b c=%0b d=%0b e=%0b z=%0b", 
              a, b, c, d, e, z);
    
    // Because there are 5 inputs, there can be 32 different input combinations
    // So use an iterator "i" to increment from 0 to 32 and assign the value
    // to testbench variables so that it drives the design inputs
    for (i = 0; i < 32; i = i + 1) begin
      {a, b, c, d, e} = i;
      #10;
    end
  end
endmodule

  

Simulationsprotokoll

ncsim> run
a=0 b=0 c=0 d=0 e=0 z=0
a=0 b=0 c=0 d=0 e=1 z=0
a=0 b=0 c=0 d=1 e=0 z=1
a=0 b=0 c=0 d=1 e=1 z=0
a=0 b=0 c=1 d=0 e=0 z=1
a=0 b=0 c=1 d=0 e=1 z=0
a=0 b=0 c=1 d=1 e=0 z=0
a=0 b=0 c=1 d=1 e=1 z=0
a=0 b=1 c=0 d=0 e=0 z=0
a=0 b=1 c=0 d=0 e=1 z=0
a=0 b=1 c=0 d=1 e=0 z=1
a=0 b=1 c=0 d=1 e=1 z=0
a=0 b=1 c=1 d=0 e=0 z=1
a=0 b=1 c=1 d=0 e=1 z=0
a=0 b=1 c=1 d=1 e=0 z=0
a=0 b=1 c=1 d=1 e=1 z=0
a=1 b=0 c=0 d=0 e=0 z=0
a=1 b=0 c=0 d=0 e=1 z=0
a=1 b=0 c=0 d=1 e=0 z=1
a=1 b=0 c=0 d=1 e=1 z=0
a=1 b=0 c=1 d=0 e=0 z=1
a=1 b=0 c=1 d=0 e=1 z=0
a=1 b=0 c=1 d=1 e=0 z=0
a=1 b=0 c=1 d=1 e=1 z=0
a=1 b=1 c=0 d=0 e=0 z=1
a=1 b=1 c=0 d=0 e=1 z=1
a=1 b=1 c=0 d=1 e=0 z=1
a=1 b=1 c=0 d=1 e=1 z=1
a=1 b=1 c=1 d=0 e=0 z=1
a=1 b=1 c=1 d=0 e=1 z=1
a=1 b=1 c=1 d=1 e=0 z=1
a=1 b=1 c=1 d=1 e=1 z=1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Beachten Sie, dass beide Methoden assign und always , werden in dieselbe Hardwarelogik implementiert.

Beispiel #2:Halbaddierer

Das Halbaddierermodul akzeptiert zwei skalare Eingaben a und b und verwendet eine kombinatorische Logik, um die Ausgangssignale Summe und Übertragsbit Cout zuzuordnen. Die Summe wird durch ein XOR zwischen a und b getrieben, während das Übertragsbit durch ein UND zwischen den beiden Eingängen erhalten wird.

  
  
module ha ( input 	a, b,
						output	sum, cout);

	always @ (a or b) begin
		{cout, sum} = a + b;
	end

endmodule

  

Testbench

  
  
module tb;
	// Declare testbench variables
  reg a, b;
  wire sum, cout;
  integer i;

  // Instantiate the design and connect design inputs/outputs with
  // testbench variables  
  ha u0 ( .a(a), .b(b), .sum(sum), .cout(cout));
  
  initial begin
  	// At the beginning of time, initialize all inputs of the design
  	// to a known value, in this case we have chosen it to be 0.  
    a <= 0;
    b <= 0;
    
    // Use a $monitor task to print any change in the signal to 
    // simulation console     
    $monitor("a=%0b b=%0b sum=%0b cout=%0b", a, b, sum, cout);
    
    // Because there are only 2 inputs, there can be 4 different input combinations
    // So use an iterator "i" to increment from 0 to 4 and assign the value
    // to testbench variables so that it drives the design inputs    
    for (i = 0; i < 4; i = i + 1) begin
      {a, b} = i;
      #10;
    end
  end
endmodule

  

Simulationsprotokoll

ncsim> run
a=0 b=0 sum=0 cout=0
a=0 b=1 sum=1 cout=0
a=1 b=0 sum=1 cout=0
a=1 b=1 sum=0 cout=1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Beispiel #3:Volladdierer

Ein Always-Block kann verwendet werden, um das Verhalten eines Volladdierers zum Treiben der Ausgänge sum und cout zu beschreiben.

  
  
module fa (	input 	a, b, cin,
			output reg	sum, cout);

  always @ (a or b or cin) begin
    {cout, sum} = a + b + cin;
  end

endmodule

  

Testbench

  
  
module tb;
  reg a, b, cin;
  wire sum, cout;
  integer i;
  
  fa u0 ( .a(a), .b(b), .cin(cin), .sum(sum), .cout(cout));
  
  initial begin
    a <= 0;
    b <= 0;
    
    $monitor("a=%0b b=%0b cin=%0b cout=%0b sum=%0b", a, b, cin, cout, sum);
    
    for (i = 0; i < 8; i = i + 1) begin
      {a, b, cin} = i;
      #10;
    end
  end
endmodule

  

Simulationsprotokoll

ncsim> run
a=0 b=0 cin=0 cout=0 sum=0
a=0 b=0 cin=1 cout=0 sum=1
a=0 b=1 cin=0 cout=0 sum=1
a=0 b=1 cin=1 cout=1 sum=0
a=1 b=0 cin=0 cout=0 sum=1
a=1 b=0 cin=1 cout=1 sum=0
a=1 b=1 cin=0 cout=1 sum=0
a=1 b=1 cin=1 cout=1 sum=1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Beispiel Nr. 4:2x1-Multiplexer

Der einfache 2x1-Multiplexer verwendet einen ternären Operator, um zu entscheiden, welcher Eingang dem Ausgang c zugewiesen werden soll. Wenn sel 1 ist, wird der Ausgang von a gesteuert, und wenn sel 0 ist, wird der Ausgang von b gesteuert.

  
  
module mux_2x1 (input 	a, b, sel,
				output 	reg c);
		
  
  always @ ( a or b or sel) begin
	c = sel ? a : b;
  end
endmodule

  

Testbench

  
  
module tb;
	// Declare testbench variables
  reg a, b, sel;
  wire c;
  integer i;
  
  // Instantiate the design and connect design inputs/outputs with
  // testbench variables  
  mux_2x1 u0 ( .a(a), .b(b), .sel(sel), .c(c));
  
  initial begin
  	// At the beginning of time, initialize all inputs of the design
  	// to a known value, in this case we have chosen it to be 0.    
    a <= 0;
    b <= 0;
    sel <= 0;
    
    $monitor("a=%0b b=%0b sel=%0b c=%0b", a, b, sel, c);

    for (i = 0; i < 3; i = i + 1) begin
      {a, b, sel} = i;
      #10;
    end
  end
endmodule

  

Simulationsprotokoll

ncsim> run
a=0 b=0 sel=0 c=0
a=0 b=0 sel=1 c=0
a=0 b=1 sel=0 c=1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Beispiel #5:1x4 Demultiplexer

Der Demultiplexer verwendet eine Kombination aus sel- und f-Eingängen, um die verschiedenen Ausgangssignale zu treiben. Jedes Ausgangssignal ist vom Typ reg und innerhalb eines always verwendet werden Block, der basierend auf Änderungen in den in der Sensitivitätsliste aufgeführten Signalen aktualisiert wird.

  
  
module demux_1x4 (	input 				f,
										input [1:0]	 	sel,
										output reg		a, b, c, d);

  always @ ( f or sel) begin
    a = f & ~sel[1] & ~sel[0];
    b = f &  sel[1] & ~sel[0];
    c = f & ~sel[1] &  sel[0];
    d = f &  sel[1] &  sel[0];
  end

endmodule

  

Testbench

  
  
module tb;
	// Declare testbench variables
  reg f;
  reg [1:0] sel;
  wire a, b, c, d;
  integer i;
  
  // Instantiate the design and connect design inputs/outputs with
  // testbench variables  
  demux_1x4 u0 ( .f(f), .sel(sel), .a(a), .b(b), .c(c), .d(d));
  
  // At the beginning of time, initialize all inputs of the design
  // to a known value, in this case we have chosen it to be 0.  
  initial begin
    f <= 0;
    sel <= 0;
    
    $monitor("f=%0b sel=%0b a=%0b b=%0b c=%0b d=%0b", f, sel, a, b, c, d);
    
    // Because there are 3 inputs, there can be 8 different input combinations
    // So use an iterator "i" to increment from 0 to 8 and assign the value
    // to testbench variables so that it drives the design inputs    
    for (i = 0; i < 8; i = i + 1) begin
      {f, sel} = i;
      #10;
    end
  end
endmodule

  

Simulationsprotokoll

ncsim> run
f=0 sel=0 a=0 b=0 c=0 d=0
f=0 sel=1 a=0 b=0 c=0 d=0
f=0 sel=10 a=0 b=0 c=0 d=0
f=0 sel=11 a=0 b=0 c=0 d=0
f=1 sel=0 a=1 b=0 c=0 d=0
f=1 sel=1 a=0 b=0 c=1 d=0
f=1 sel=10 a=0 b=1 c=0 d=0
f=1 sel=11 a=0 b=0 c=0 d=1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Beispiel #6:4x16-Decoder

  
  
module dec_3x8 ( 	input 			en,
					input 	[3:0] 	in,
					output  reg [15:0] 	out);

  always @ (en or in) begin
    out = en ? 1 << in: 0;
  end
	
endmodule

  

Testbench

  
  
module tb;
  reg en;
  reg [3:0] in;
  wire [15:0] out;
  integer i;
  
  dec_3x8 u0 ( .en(en), .in(in), .out(out));
  
  initial begin
    en <= 0;
    in <= 0;
    
    $monitor("en=%0b in=0x%0h out=0x%0h", en, in, out);
    
    for (i = 0; i < 32; i = i + 1) begin
      {en, in} = i;
      #10;
    end
  end
endmodule

  

Simulationsprotokoll

ncsim> run
en=0 in=0x0 out=0x0
en=0 in=0x1 out=0x0
en=0 in=0x2 out=0x0
en=0 in=0x3 out=0x0
en=0 in=0x4 out=0x0
en=0 in=0x5 out=0x0
en=0 in=0x6 out=0x0
en=0 in=0x7 out=0x0
en=0 in=0x8 out=0x0
en=0 in=0x9 out=0x0
en=0 in=0xa out=0x0
en=0 in=0xb out=0x0
en=0 in=0xc out=0x0
en=0 in=0xd out=0x0
en=0 in=0xe out=0x0
en=0 in=0xf out=0x0
en=1 in=0x0 out=0x1
en=1 in=0x1 out=0x2
en=1 in=0x2 out=0x4
en=1 in=0x3 out=0x8
en=1 in=0x4 out=0x10
en=1 in=0x5 out=0x20
en=1 in=0x6 out=0x40
en=1 in=0x7 out=0x80
en=1 in=0x8 out=0x100
en=1 in=0x9 out=0x200
en=1 in=0xa out=0x400
en=1 in=0xb out=0x800
en=1 in=0xc out=0x1000
en=1 in=0xd out=0x2000
en=1 in=0xe out=0x4000
en=1 in=0xf out=0x8000
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.