VerilogHDL實(shí)用教程部分習(xí)題答案

第一章VerilogHDL入門(mén)1.1什么是綜合?答案：綜合(Synthesis)是指將較高級(jí)抽象層級(jí)的設(shè)計(jì)描述自動(dòng)轉(zhuǎn)化為較低層級(jí)描述的過(guò)程。1.2功能仿真與時(shí)序仿真有什么區(qū)別?時(shí)序仿真與時(shí)序分析有何不同?答案：功能仿真(FunctionalSimulation)與時(shí)序仿真(TimingSimulation)的區(qū)別：功能仿真：功能仿真是一種基本的仿真方式，用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)的邏輯功能是否正確。在功能仿真中，信號(hào)的變化不受時(shí)鐘周期約束，只關(guān)注邏輯電路的功能實(shí)現(xiàn)，對(duì)信號(hào)的變化和時(shí)間沒(méi)有嚴(yán)格要求。時(shí)序仿真：時(shí)序仿真是一種更加嚴(yán)格的仿真方式，考慮了時(shí)鐘周期和時(shí)序約束。在時(shí)序仿真中，信號(hào)的變化要符合設(shè)計(jì)的時(shí)鐘頻率和時(shí)序約束，模擬了真實(shí)硬件中的時(shí)序行為，用于檢測(cè)時(shí)序相關(guān)問(wèn)題，如時(shí)鐘抖動(dòng)、時(shí)鐘偏移等。時(shí)序仿真(TimingSimulation)與時(shí)序分析(TimingAnalysis)的區(qū)別：時(shí)序仿真：前面已經(jīng)提到了，時(shí)序仿真是一種基于時(shí)鐘周期和時(shí)序約束的仿真方式，用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)在實(shí)際時(shí)鐘條件下的工作情況，發(fā)現(xiàn)可能的時(shí)序問(wèn)題。時(shí)序分析：時(shí)序分析是在設(shè)計(jì)階段用于檢查設(shè)計(jì)是否滿足時(shí)序約束的過(guò)程。它包括對(duì)設(shè)計(jì)中的時(shí)鐘路徑進(jìn)行分析，以確保信號(hào)在時(shí)鐘到達(dá)之前穩(wěn)定，并在時(shí)鐘信號(hào)到達(dá)時(shí)采樣正確。時(shí)序分析的目標(biāo)是確保設(shè)計(jì)在實(shí)際硬件中能夠按時(shí)鐘約束正常工作。1.3下列標(biāo)識(shí)符哪些是合法的、哪些是錯(cuò)誤的?答案：Cout-合法的標(biāo)識(shí)符，以字母開(kāi)頭，且其他字符都是字母。8sum-錯(cuò)誤的標(biāo)識(shí)符，以數(shù)字開(kāi)頭，標(biāo)識(shí)符不能以數(shù)字開(kāi)頭。lab-錯(cuò)誤的標(biāo)識(shí)符，包含了非法字符。data-合法的標(biāo)識(shí)符，只包含字母。wait-合法的標(biāo)識(shí)符，只包含字母。initial-錯(cuò)誤的標(biāo)識(shí)符，initial是VerilogHDL中的關(guān)鍵字，不能用作標(biāo)識(shí)符。$latch-合法的標(biāo)識(shí)符，以$符號(hào)和字母開(kāi)頭，其他字符是字母。1.4下列數(shù)字的表示是否正確?答案：6'd18-正確的表示。這是一個(gè)六位十進(jìn)制數(shù)。'Bx0-錯(cuò)誤的表示。在VerilogHDL中，使用二進(jìn)制表示時(shí)，應(yīng)該是數(shù)字后跟'b'或'B'，而不是單引號(hào)后跟'B'。正確表示應(yīng)該是5'b0。5'b0x110-錯(cuò)誤的表示。在VerilogHDL中，使用二進(jìn)制表示時(shí)，應(yīng)該是數(shù)字后跟'b'或'B'，而不是數(shù)字后跟'0x'。正確表示應(yīng)該是5'b110。'da30-錯(cuò)誤的表示。'd'用于十進(jìn)制表示，但是在這個(gè)表示中少了一個(gè)數(shù)字。正確表示應(yīng)該是4'da30或者4'da3。10'd2-正確的表示。這是一個(gè)十進(jìn)制數(shù)。'hzF-錯(cuò)誤的表示。'h'用于十六進(jìn)制表示，但是在這個(gè)表示中少了一個(gè)數(shù)字。正確表示應(yīng)該是4'hF。1.5FPGA與ASIC在應(yīng)用上各有何優(yōu)勢(shì)?答案：FPGA的優(yōu)勢(shì)：靈活性：FPGA是可編程的硬件，可以通過(guò)配置文件重新編程來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。這種靈活性使得FPGA非常適合于快速原型開(kāi)發(fā)和快速迭代，特別適用于設(shè)計(jì)驗(yàn)證和驗(yàn)證階段。可重構(gòu)性：FPGA可以被多次重編程，使得在同一硬件上可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，降低了開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間。適用于中小規(guī)模產(chǎn)量：FPGA相對(duì)于ASIC具有較低的開(kāi)發(fā)成本，適合中小規(guī)模產(chǎn)量或者快速上市的產(chǎn)品。ASIC的優(yōu)勢(shì)：性能：ASIC由于定制化設(shè)計(jì)，可以專注于特定的任務(wù)和應(yīng)用場(chǎng)景，因此在性能方面通常比FPGA更優(yōu)秀。低功耗：ASIC可以優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，定制功耗與性能之間的平衡，從而實(shí)現(xiàn)較低的功耗，特別適用于依賴長(zhǎng)期運(yùn)行的高性能系統(tǒng)。高集成度：ASIC在硬件電路上進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，可以集成大量的功能模塊，實(shí)現(xiàn)更高的集成度和更小的芯片尺寸。較低的成本：在大規(guī)模產(chǎn)量的情況下，ASIC可以降低每個(gè)芯片的成本，因?yàn)橐坏┰O(shè)計(jì)完成后，可以通過(guò)批量生產(chǎn)來(lái)降低單個(gè)芯片的制造成本。1.6VerilogHDL對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行描述的層級(jí)有哪些?答案：行為級(jí)（BehavioralLevel）：行為級(jí)描述是最高層次的描述，它描述了數(shù)字系統(tǒng)的功能行為和操作，而不考慮具體的硬件實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。在這個(gè)層級(jí)上，主要使用模塊、任務(wù)、函數(shù)、分支和循環(huán)等高級(jí)語(yǔ)句來(lái)描述數(shù)字系統(tǒng)的功能。數(shù)據(jù)流級(jí)（DataflowLevel）：數(shù)據(jù)流級(jí)描述關(guān)注信號(hào)之間的數(shù)據(jù)流關(guān)系和邏輯運(yùn)算。在這個(gè)層級(jí)上，使用連續(xù)賦值語(yǔ)句，描述信號(hào)之間的邏輯關(guān)系，如邏輯門(mén)、邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳輸。結(jié)構(gòu)級(jí)（StructuralLevel）：結(jié)構(gòu)級(jí)描述關(guān)注數(shù)字系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系。在這個(gè)層級(jí)上，使用模塊實(shí)例化、端口連接、電路連接等語(yǔ)句，描述數(shù)字系統(tǒng)中不同模塊的互連關(guān)系和硬件結(jié)構(gòu)。寄存器傳輸級(jí)（RegisterTransferLevel,RTL）：RTL層級(jí)描述是對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行最接近硬件實(shí)現(xiàn)的描述，它關(guān)注數(shù)字系統(tǒng)中寄存器之間的數(shù)據(jù)傳輸和時(shí)序邏輯。在這個(gè)層級(jí)上，使用時(shí)鐘觸發(fā)的賦值語(yǔ)句，描述時(shí)序邏輯、時(shí)鐘觸發(fā)的寄存器和數(shù)據(jù)傳輸。第二章數(shù)據(jù)類(lèi)型2.1VerilogHDL數(shù)據(jù)類(lèi)型有哪些?其物理意義是什么?答案：（1）reg：reg是最常用的數(shù)據(jù)類(lèi)型之一，用于表示寄存器或存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。在仿真和綜合時(shí)，reg類(lèi)型被映射為硬件中的存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)信號(hào)的值。物理意義是存儲(chǔ)器中的一位或多位存儲(chǔ)單元。（2）wire：wire用于表示連線或信號(hào)傳輸線，用于連接模塊之間的輸入和輸出。在仿真和綜合時(shí)，wire類(lèi)型被映射為硬件中的信號(hào)線。物理意義是連接模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸線。（3）integer：integer用于表示整數(shù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)。在仿真中，integer可以用于進(jìn)行整數(shù)運(yùn)算和計(jì)數(shù)。物理意義是整數(shù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)。（4）real：real用于表示浮點(diǎn)數(shù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)。在仿真中，real可以用于進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。物理意義是浮點(diǎn)數(shù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)。（5）time：time用于表示時(shí)間類(lèi)型的數(shù)據(jù)。在仿真中，time可以用于控制仿真的時(shí)間單位和時(shí)鐘周期。物理意義是時(shí)間類(lèi)型的數(shù)據(jù)。（6）parameter：parameter用于定義常量或參數(shù)，可以在模塊中重復(fù)使用。物理意義是用于設(shè)置模塊參數(shù)的數(shù)據(jù)類(lèi)型。（7）input和output：input和output分別用于表示模塊的輸入和輸出端口，用于傳遞數(shù)據(jù)和信號(hào)。物理意義是模塊的輸入和輸出端口。（8）reg型和wire型的向量數(shù)據(jù)類(lèi)型（bit,byte,integer等）：這些是用于表示多位數(shù)據(jù)的類(lèi)型，例如bit表示一個(gè)二進(jìn)制位，byte表示8位二進(jìn)制數(shù)等。物理意義是多位數(shù)據(jù)類(lèi)型。2.2能否對(duì)reg型變量用assig語(yǔ)句進(jìn)行連續(xù)賦值操作?答案：在VerilogHDL中，reg型變量可以使用assign語(yǔ)句進(jìn)行連續(xù)賦值操作。assign語(yǔ)句用于在數(shù)據(jù)流級(jí)別描述信號(hào)之間的數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系，它可以用于連接組合邏輯電路的輸入和輸出。2.3參數(shù)在設(shè)計(jì)中有什么用處?參數(shù)傳遞的方式有哪些?答案：（1）配置選項(xiàng)：參數(shù)可以用于配置模塊的不同選項(xiàng)和功能，從而使模塊更具靈活性和可配置性。（2）數(shù)值常量：參數(shù)可以用于定義常量或數(shù)值，例如時(shí)鐘頻率、數(shù)據(jù)位寬等。（3）地址映射：在硬件設(shè)計(jì)中，參數(shù)可以用于定義地址映射表，使得設(shè)計(jì)中的地址可以靈活地映射到不同的外設(shè)或內(nèi)存地址。（4）端口數(shù)量：參數(shù)可以用于定義模塊的輸入和輸出端口數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)模塊的復(fù)用和可配置性。參數(shù)傳遞方式：位置參數(shù)傳遞、關(guān)鍵字參數(shù)傳遞、默認(rèn)參數(shù)值。2.4用VerilogHDL定義如下變量和常量：①定義一個(gè)名為count的整數(shù);②定義一個(gè)名為ABUS的8位wire總線;③定義一個(gè)名為address的16位reg型變量，并將該變量的值賦為十進(jìn)制數(shù)128;④定義一個(gè)名為signreg8的8位帶符號(hào)reg型變量;⑤定義參數(shù)DELAY，參數(shù)值為8;⑥定義一個(gè)名為delaytime的時(shí)間變量;⑦定義一個(gè)容量為128位、字長(zhǎng)為32位的存儲(chǔ)器MYMEM⑧定義一個(gè)2維(8x16)數(shù)組，其元素為8位wire型變量。//定義一個(gè)名為count的整數(shù)integercount;//定義一個(gè)名為ABUS的8位wire總線wire[7:0]ABUS;//定義一個(gè)名為address的16位reg型變量，并將該變量的值賦為十進(jìn)制數(shù)128reg[15:0]address=16'd128;//定義一個(gè)名為sign_reg8的8位帶符號(hào)reg型變量regsigned[7:0]sign_reg8;//定義參數(shù)DELAY，參數(shù)值為8parameterDELAY=8;//定義一個(gè)名為delay_time的時(shí)間變量timedelay_time;//定義一個(gè)容量為128位、字長(zhǎng)為32位的存儲(chǔ)器MYMEMreg[31:0]MYMEM[0:127];//定義一個(gè)2維(8x16)數(shù)組，其元素為8位wire型變量wire[7:0]my_array[0:7][0:15];2.5將本章的4位格雷碼計(jì)數(shù)器示例改為8位格雷碼計(jì)數(shù)器，并進(jìn)行綜合和仿真。答案：略。第三章表達(dá)式3.1在VerilogHDL的操作符中，哪些操作符的運(yùn)算結(jié)果是1位的?答案：（1）邏輯運(yùn)算符：NOT（~）：取反操作符，將一個(gè)信號(hào)取反，運(yùn)算結(jié)果是1位。AND（&）：與操作符，對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果是1位。NAND（~&）：與非操作符，對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算后取反，運(yùn)算結(jié)果是1位。OR（|）：或操作符，對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯或運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果是1位。NOR（~|）：或非操作符，對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯或運(yùn)算后取反，運(yùn)算結(jié)果是1位。XOR（^）：異或操作符，對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯異或運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果是1位。XNOR（~^）：異或非操作符，對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯異或運(yùn)算后取反，運(yùn)算結(jié)果是1位。（2）位選擇操作符：Bit-Select（[])：用于從一個(gè)信號(hào)中選擇指定位的操作符，選擇的位數(shù)是1位。（3）條件運(yùn)算符（三目運(yùn)算符）：ConditionalOperator（?:）：用于根據(jù)條件選擇不同的結(jié)果，運(yùn)算結(jié)果是1位。（4）常量：1'b0：表示1位的二進(jìn)制0。1'b1：表示1位的二進(jìn)制1。3.2能否對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行位選和段選?答案：可以對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行位選和段選。這通常是通過(guò)數(shù)組的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3.3 答案：1、0、0、0、1。3.4reg型變量的初始值一般是什么?答案：reg類(lèi)型的變量在沒(méi)有明確賦值時(shí)會(huì)被初始化為一個(gè)不確定的值（X值）。這意味著在仿真開(kāi)始時(shí)，reg類(lèi)型的變量可能會(huì)包含不確定的值，除非你在聲明時(shí)明確地賦予初始值。這一點(diǎn)與硬件設(shè)計(jì)中的寄存器行為不同，因?yàn)橛布O(shè)計(jì)中，寄存器通常會(huì)有一個(gè)明確定義的初始值。3.5以下是一個(gè)索引段選的例子：reg[31:0]bigvect;big_vect[0+:8]big_vect[0+:8]如果表示為常數(shù)段選的形式，應(yīng)該如何表示?答案：big_vect[0+:8]3.6實(shí)現(xiàn)4位二進(jìn)制數(shù)和8位二進(jìn)制數(shù)的乘法操作，其結(jié)果位寬至少需要多少位?答案：對(duì)于兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)相乘，其結(jié)果的位寬至少需要兩個(gè)輸入數(shù)的位寬之和。假設(shè)我們有一個(gè)4位的二進(jìn)制數(shù)和一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)相乘，結(jié)果位寬至少需要4位+8位=12位。因此，實(shí)現(xiàn)4位二進(jìn)制數(shù)和8位二進(jìn)制數(shù)的乘法操作，其結(jié)果位寬至少需要12位。3.7設(shè)計(jì)一個(gè)邏輯運(yùn)算電路，該電路能對(duì)輸入的兩個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行與非、或非、異或、同或4種邏輯運(yùn)算，并由一個(gè)2位的控制信號(hào)來(lái)選擇功能。答案：moduleLogicOperations(input[3:0]A,B,//兩個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)輸入input[1:0]Ctrl,//2位控制信號(hào)輸入outputreg[3:0]AND_NOT,//與非結(jié)果輸出outputreg[3:0]OR_NOT,//或非結(jié)果輸出outputreg[3:0]XOR,//異或結(jié)果輸出outputreg[3:0]XNOR//同或結(jié)果輸出);always@*begin//與非運(yùn)算結(jié)果AND_NOT=A&(~B);//或非運(yùn)算結(jié)果OR_NOT=A|(~B);//異或運(yùn)算結(jié)果XOR=A^B;//同或運(yùn)算結(jié)果XNOR=~(A^B);endendmodule3.8使用關(guān)系操作符描述一個(gè)比較器電路，該比較器可對(duì)輸入的兩個(gè)位二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)a和b進(jìn)行大小比較，設(shè)置3個(gè)輸出端口，當(dāng)a大于b時(shí)，la端口為1，其余輸出端口為0;當(dāng)a小于b時(shí)，Ib端口為1，其余端口為0;當(dāng)a等于b時(shí)，equ端口為1，其余端口為0。答案：下面是一個(gè)用關(guān)系操作符描述的比較器電路，可對(duì)輸入的兩個(gè)位二進(jìn)制無(wú)符號(hào)數(shù)a和b進(jìn)行大小比較，并設(shè)置對(duì)應(yīng)的輸出端口：```la=(a>b)?1:0;lb=(a<b)?1:0;equ=(a==b)?1:0;```其中，`la`表示a大于b的輸出端口，`lb`表示a小于b的輸出端口，`equ`表示a等于b的輸出端口。在比較器電路中，通過(guò)使用關(guān)系操作符`>`、`<`和`==`，分別判斷a是否大于b、小于b和等于b，并將對(duì)應(yīng)的結(jié)果賦值給輸出端口。如果條件成立，則相應(yīng)的端口設(shè)置為1，否則設(shè)置為0。第四章門(mén)級(jí)和開(kāi)關(guān)級(jí)建模4.1寫(xiě)出1位全加器本位和(SUM)的UDP描述。答案：modulefull_adder_sum(inputa,//輸入位Ainputb,//輸入位Binputcin,//輸入進(jìn)位outputsum//輸出本位和(SUM));assignsum=a^b^cin;//本位和等于輸入位A、B和進(jìn)位的異或Endmodule4.2寫(xiě)出4選1多路選擇器的UDP描述。答案：modulemux_4to1(input[3:0]data_in,//輸入數(shù)據(jù)，4位寬度input[1:0]select,//選擇信號(hào)，2位寬度outputregout//輸出結(jié)果);always@*begincase(select)2'b00:out=data_in[0];//當(dāng)select為2'b00時(shí)，輸出為data_in[0]2'b01:out=data_in[1];//當(dāng)select為2'b01時(shí)，輸出為data_in[1]2'b10:out=data_in[2];//當(dāng)select為2'b10時(shí)，輸出為data_in[2]2'b11:out=data_in[3];//當(dāng)select為2'b11時(shí)，輸出為data_in[3]default:out=1'b0;//默認(rèn)情況下輸出為1'b0endcaseendEndmodule4.3采用例化VerilogHDL門(mén)元件的方式描述圖4.13所示的電路。標(biāo)注各個(gè)門(mén)的延時(shí)如下:①與非門(mén)(NAND)的上升延時(shí)為10ns。②或非門(mén)(NOR)的上升延時(shí)為12ns，下降延時(shí)為11ns。③異或門(mén)(XOR)的上升延時(shí)為14ns，下降延時(shí)為15ns。答案：略。4.4圖414所示是2選1MUX門(mén)級(jí)原理圖，請(qǐng)用例化門(mén)元件的方式描述該電路。答案：略。第五章數(shù)據(jù)流建模5.1用連續(xù)賦值語(yǔ)句描述一個(gè)8選1數(shù)據(jù)選擇器。答案：modulemux_8to1(input[7:0]data_in_0,//輸入數(shù)據(jù)0，8位寬度input[7:0]data_in_1,//輸入數(shù)據(jù)1，8位寬度input[7:0]data_in_2,//輸入數(shù)據(jù)2，8位寬度input[7:0]data_in_3,//輸入數(shù)據(jù)3，8位寬度input[7:0]data_in_4,//輸入數(shù)據(jù)4，8位寬度input[7:0]data_in_5,//輸入數(shù)據(jù)5，8位寬度input[7:0]data_in_6,//輸入數(shù)據(jù)6，8位寬度input[7:0]data_in_7,//輸入數(shù)據(jù)7，8位寬度input[2:0]select,//選擇信號(hào)，3位寬度outputreg[7:0]out//輸出結(jié)果，8位寬度);always@*begincase(select)3'b000:out=data_in_0;//當(dāng)select為3'b000時(shí)，輸出為data_in_03'b001:out=data_in_1;//當(dāng)select為3'b001時(shí)，輸出為data_in_13'b010:out=data_in_2;//當(dāng)select為3'b010時(shí)，輸出為data_in_23'b011:out=data_in_3;//當(dāng)select為3'b011時(shí)，輸出為data_in_33'b100:out=data_in_4;//當(dāng)select為3'b100時(shí)，輸出為data_in_43'b101:out=data_in_5;//當(dāng)select為3'b101時(shí)，輸出為data_in_53'b110:out=data_in_6;//當(dāng)select為3'b110時(shí)，輸出為data_in_63'b111:out=data_in_7;//當(dāng)select為3'b111時(shí)，輸出為data_in_7default:out=8'b0;//默認(rèn)情況下輸出為8'b0endcaseendEndmodule5.2在VerilogHDL中，哪些操作是并發(fā)執(zhí)行的?哪些操作是順序執(zhí)行的?并發(fā)執(zhí)行的操作：并發(fā)執(zhí)行是指同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作或語(yǔ)句，這些操作之間沒(méi)有明確的先后順序，它們可以在同一時(shí)間片并行執(zhí)行。在Verilog中，以下操作是并發(fā)執(zhí)行的：模塊實(shí)例化：當(dāng)你在一個(gè)模塊內(nèi)實(shí)例化其他模塊時(shí)，這些模塊實(shí)例之間是并發(fā)執(zhí)行的。模塊實(shí)例在同一時(shí)間可以同時(shí)工作。連續(xù)賦值語(yǔ)句：連續(xù)賦值語(yǔ)句（assign語(yǔ)句）用于創(chuàng)建組合邏輯，它們之間是并發(fā)執(zhí)行的。always_comb塊：在SystemVerilog中，always_comb塊用于表示組合邏輯。其中的語(yǔ)句也是并發(fā)執(zhí)行的。always_latch塊：在SystemVerilog中，always_latch塊用于表示鎖存邏輯。其中的語(yǔ)句也是并發(fā)執(zhí)行的。順序執(zhí)行的操作：順序執(zhí)行是指按照代碼的書(shū)寫(xiě)順序依次執(zhí)行操作，每個(gè)操作在前一個(gè)操作執(zhí)行完成后才開(kāi)始執(zhí)行。在Verilog中，以下操作是順序執(zhí)行的：always塊：在Verilog中，always塊用于表示時(shí)序邏輯，其中的語(yǔ)句是按照代碼的書(shū)寫(xiě)順序依次執(zhí)行的。在SystemVerilog中，有多種類(lèi)型的always塊，如always_ff（時(shí)鐘觸發(fā)塊）和always_comb（組合塊），它們是按照時(shí)序或組合的規(guī)則進(jìn)行順序執(zhí)行。initial塊：initial塊用于在仿真開(kāi)始時(shí)執(zhí)行一次性初始化操作，其中的語(yǔ)句也是按照代碼的書(shū)寫(xiě)順序依次執(zhí)行的。5.3采用數(shù)據(jù)流描述方式實(shí)現(xiàn)4位二進(jìn)制減法器功能。答案：modulebinary_subtractor(input[3:0]A,//被減數(shù)，4位寬度input[3:0]B,//減數(shù)，4位寬度outputreg[3:0]result//結(jié)果，4位寬度);assignresult=A-B;//用連續(xù)賦值語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)減法endmodule5.4實(shí)現(xiàn)四舍五入功能電路,當(dāng)輸入的1位8421BCD碼大于4時(shí)輸出為1,否則為0試編寫(xiě)VerilogHDL程序。答案：moduleround_circuit(input[3:0]bcd_in,//輸入的1位8421BCD碼，4位寬度outputreground_out//四舍五入的輸出，1位寬度);always@*begin//對(duì)輸入的BCD碼加5//因?yàn)锽CD碼的最大值是9，所以加5后，結(jié)果范圍是[5,14]//將加5的結(jié)果右移4位，得到BCD碼的十位數(shù)，判斷是否大于等于10round_out=(bcd_in+5)>>4;endEndmodule5.5設(shè)計(jì)功能類(lèi)似74138的譯碼器電路，并進(jìn)行綜合。答案：略。5.6采用數(shù)據(jù)流描述方式實(shí)現(xiàn)8位加法器并進(jìn)行綜合和仿真。答案：moduleeight_bit_adder(input[7:0]A,//輸入A，8位寬度input[7:0]B,//輸入B，8位寬度outputreg[8:0]sum//輸出和，9位寬度（因?yàn)榭赡苡羞M(jìn)位）);always@*begin//將輸入A和B相加，并將結(jié)果賦值給sumsum=A+B;endEndmodule綜合與仿真略。5.7試編寫(xiě)將有符號(hào)二進(jìn)制8位原碼轉(zhuǎn)換成8位補(bǔ)碼的電路，并進(jìn)行綜合和仿真。答案：modulesign_magnitude_to_twos_complement(inputsigned[7:0]signed_number,//輸入有符號(hào)二進(jìn)制8位原碼outputreg[7:0]twos_complement//輸出8位補(bǔ)碼);always@*begin//判斷輸入數(shù)值的符號(hào)位if(signed_number[7]==1)begin//如果是負(fù)數(shù)，進(jìn)行補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換twos_complement=-signed_number;endelsebegin//如果是非負(fù)數(shù)，補(bǔ)碼與原碼相同twos_complement=signed_number;endendEndmodule綜合與仿真略。5.8編寫(xiě)從補(bǔ)碼求原碼的VerilogHDL程序，輸入是有符號(hào)的8位二進(jìn)制補(bǔ)碼數(shù)據(jù)。答案：moduletwos_complement_to_sign_magnitude(inputsigned[7:0]twos_complement,//輸入有符號(hào)二進(jìn)制8位補(bǔ)碼outputregsigned[7:0]sign_magnitude//輸出8位原碼);always@*begin//判斷輸入補(bǔ)碼的符號(hào)位if(twos_complement[7]==1)begin//如果是負(fù)數(shù)，進(jìn)行補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換sign_magnitude=-(twos_complement-1);endelsebegin//如果是非負(fù)數(shù)，原碼與補(bǔ)碼相同sign_magnitude=twos_complement;endendendmodule第六章行為級(jí)建模6.1用行為描述方式實(shí)現(xiàn)帶異步復(fù)位端和異步置位端的D觸發(fā)器。答案:moduled_ff_async_rst_set(inputclk,//時(shí)鐘信號(hào)inputreset,//異步復(fù)位端inputset,//異步置位端inputd,//D輸入端outputregq//輸出端);always@(posedgeclkorposedgeresetorposedgeset)beginif(reset)//異步復(fù)位端優(yōu)先級(jí)最高q<=1'b0;elseif(set)//異步置位端優(yōu)先級(jí)次之q<=1'b1;else//否則根據(jù)D輸入更新輸出q<=d;endEndmodule6.2用行為描述方式設(shè)計(jì)JK觸發(fā)器，并進(jìn)行綜合，K觸發(fā)器帶異步復(fù)位端和異步置位端。答案：modulejk_ff_async_rst_set(inputclk,//時(shí)鐘信號(hào)inputreset,//異步復(fù)位端inputset,//異步置位端inputj,//J輸入端inputk,//K輸入端outputregq,//輸出端outputregq_n//反相輸出端);always@(posedgeclkorposedgeresetorposedgeset)beginif(reset)begin//異步復(fù)位端優(yōu)先級(jí)最高q<=1'b0;q_n<=1'b1;endelseif(set)begin//異步置位端優(yōu)先級(jí)次之q<=1'b1;q_n<=1'b0;endelsebegin//否則根據(jù)J、K輸入更新輸出if(j&&~k)q<=1'b1;elseif(~j&&k)q<=1'b0;endendalways@(posedgeclkorposedgeresetorposedgeset)beginq_n<=~q;//反相輸出endendmodule6.3initial語(yǔ)句與always語(yǔ)句的區(qū)別是什么?答案：initial語(yǔ)句：initial語(yǔ)句用于進(jìn)行一次性的初始化和仿真開(kāi)始時(shí)的行為描述。initial語(yǔ)句只在仿真開(kāi)始時(shí)執(zhí)行一次，用于初始化變量、寄存器等。在硬件設(shè)計(jì)中，initial語(yǔ)句不會(huì)被綜合到實(shí)際的硬件電路中，只在仿真過(guò)程中起作用。用于初始化信號(hào)、設(shè)置測(cè)試條件和仿真開(kāi)始時(shí)的一些配置等操作。always語(yǔ)句：always語(yǔ)句用于描述持續(xù)性的行為，即在滿足敏感列表?xiàng)l件時(shí)，循環(huán)執(zhí)行其中的代碼塊。always語(yǔ)句中需要指定敏感列表，即用于觸發(fā)執(zhí)行的信號(hào)或時(shí)鐘信號(hào)。在時(shí)序邏輯中，通常使用always@(posedgeclk)或always@(negedgeclk)來(lái)指定在時(shí)鐘的上升沿或下降沿執(zhí)行其中的代碼。在組合邏輯中，使用always@(*)來(lái)指定在任何敏感信號(hào)變化時(shí)執(zhí)行其中的代碼。6.4編寫(xiě)同步模5計(jì)數(shù)器程序，有異步復(fù)位端和進(jìn)位輸出端。答案：modulemod_5_counter(inputclk,//時(shí)鐘信號(hào)inputreset,//異步復(fù)位端outputregcarry_out//進(jìn)位輸出端);//計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值，4位寬度reg[3:0]count=4'b0000;always@(posedgeclkorposedgereset)beginif(reset)begin//異步復(fù)位時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，進(jìn)位輸出為0count<=4'b0000;carry_out<=1'b0;endelsebegin//正常工作時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，并根據(jù)模5判斷是否產(chǎn)生進(jìn)位count<=count+1;if(count==4'b0101)begincarry_out<=1'b1;//當(dāng)計(jì)數(shù)器值為5時(shí)，產(chǎn)生進(jìn)位，carry_out為1endelsebegincarry_out<=1'b0;//否則進(jìn)位輸出為0endendendendmodule6.5用行為語(yǔ)句設(shè)計(jì)8位計(jì)數(shù)器，每次在時(shí)鐘的上升沿計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，自動(dòng)從零開(kāi)始重新計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器有同步復(fù)位端。答案：moduleeight_bit_counter(inputclk,//時(shí)鐘信號(hào)inputreset,//同步復(fù)位端outputreg[7:0]count//計(jì)數(shù)器輸出，8位寬度);always@(posedgeclkorposedgereset)beginif(reset)begin//同步復(fù)位時(shí)，計(jì)數(shù)器清零count<=8'b0;endelsebegin//正常工作時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，并處理溢出情況if(count==8'hFF)begin//當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到最大值時(shí)，溢出，重新計(jì)數(shù)count<=8'b0;endelsebegincount<=count+1;endendendendmodule6.6分別編寫(xiě)4位串并轉(zhuǎn)換程序和4位并串轉(zhuǎn)換程序。答案：4位串并轉(zhuǎn)換程序：moduleserial_to_parallel_converter(inputclk,//時(shí)鐘信號(hào)inputreset,//同步復(fù)位端inputserial_in,//串行輸入outputreg[3:0]parallel_out//并行輸出，4位寬度);//計(jì)數(shù)器用于記錄當(dāng)前轉(zhuǎn)換的位置reg[2:0]counter=3'b0;always@(posedgeclkorposedgereset)beginif(reset)begin//同步復(fù)位時(shí)，計(jì)數(shù)器清零counter<=3'b0;parallel_out<=4'b0;endelsebegin//正常工作時(shí)，根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換if(counter==3'b0)beginparallel_out<={serial_in,parallel_out[3:1]};//將串行輸入串行地放入并行輸出endcounter<=counter+1;endendEndmodule4位并串轉(zhuǎn)換程序：moduleparallel_to_serial_converter(inputclk,//時(shí)鐘信號(hào)inputreset,//同步復(fù)位端input[3:0]parallel_in,//并行輸入，4位寬度outputregserial_out//串行輸出);//計(jì)數(shù)器用于記錄當(dāng)前轉(zhuǎn)換的位置reg[2:0]counter=3'b0;always@(posedgeclkorposedgereset)beginif(reset)begin//同步復(fù)位時(shí)，計(jì)數(shù)器清零counter<=3'b0;serial_out<=1'b0;endelsebegin//正常工作時(shí)，根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換if(counter==3'b0)beginserial_out<=parallel_in[0];//將并行輸入的最低位放入串行輸出endcounter<=counter+1;endendendmodule6.7用case語(yǔ)句描述4位雙向移位寄存器。74LS194是4位雙向移位寄存器采用16引腳雙列直插式封裝，其引腳排列如圖6.16所示。74LS194具有異步清0、數(shù)據(jù)保持、同步左移、同步右移、同步置數(shù)等5種工作模式。CLR為異步清0輸入，低電平有效，S1、S0為方式控制輸入：S1S0=00時(shí)，74194工作于保持方式：S1S0=01時(shí)，74194工作于右移方式，其中DR為右移數(shù)據(jù)輸入端，Q3為右移數(shù)據(jù)輸出端；S答案：略。6.8用if語(yǔ)句描述四舍五入電路的功能，假定輸入的是1位BCD碼。答案：moduleround_circuit(input[3:0]in_bcd,//輸入1位BCD碼outputreg[3:0]out_bcd//四舍五入后的1位BCD碼);always@*begin//對(duì)輸入BCD碼進(jìn)行四舍五入處理if(in_bcd[3]==1'b0)begin//當(dāng)輸入BCD碼的最高位為0時(shí)，不進(jìn)行四舍五入，直接輸出out_bcd=in_bcd;endelsebegin//當(dāng)輸入BCD碼的最高位為1時(shí)，進(jìn)行四舍五入處理if(in_bcd[2]||in_bcd[1]||in_bcd[0])begin//當(dāng)輸入BCD碼的低3位中有任何一個(gè)為1時(shí)，進(jìn)位，輸出結(jié)果為10out_bcd=4'b1010;endelsebegin//當(dāng)輸入BCD碼的低3位全為0時(shí)，不進(jìn)位，輸出結(jié)果為00out_bcd=4'b0000;endendendendmodule6.9試編寫(xiě)兩個(gè)8位二進(jìn)制有符號(hào)數(shù)相減的VerilogHDL程序。答案：使用always塊實(shí)現(xiàn)有符號(hào)數(shù)相減：modulesigned_subtractor(inputsigned[7:0]a,//輸入有符號(hào)數(shù)ainputsigned[7:0]b,//輸入有符號(hào)數(shù)boutputregsigned[7:0]result//輸出結(jié)果);always@*beginresult=a-b;//使用減法運(yùn)算符進(jìn)行有符號(hào)數(shù)相減endEndmodule使用assign語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)有符號(hào)數(shù)相減：modulesigned_subtractor(inputsigned[7:0]a,//輸入有符號(hào)數(shù)ainputsigned[7:0]b,//輸入有符號(hào)數(shù)boutputregsigned[7:0]result//輸出結(jié)果);assignresult=a-b;//使用減法運(yùn)算符進(jìn)行有符號(hào)數(shù)相減endmodule第七章層次結(jié)構(gòu)7.1分別用結(jié)構(gòu)描述和行為描述方式設(shè)計(jì)一個(gè)基本的D觸發(fā)器。在此基礎(chǔ)上采用結(jié)構(gòu)描述的方式用8個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成8位移位寄存器。答案：結(jié)構(gòu)描述方式設(shè)計(jì)基本的D觸發(fā)器：moduled_flip_flop(inputclk,//時(shí)鐘信號(hào)inputd,//D輸入inputreset,//復(fù)位信號(hào)outputregq//輸出);always@(posedgeclkorposedgereset)beginif(reset)q<=1'b0;elseq<=d;endendmodule結(jié)構(gòu)描述方式設(shè)計(jì)8位移位寄存器：moduleshift_register_8bit(inputclk,//時(shí)鐘信號(hào)input[7:0]d,//8位D輸入inputreset,//復(fù)位信號(hào)outputreg[7:0]q//8位輸出);wire[7:0]q_temp;d_flip_flopff[7:0](.clk(clk),.d(d[0]),.reset(reset),.q(q_temp[0]));genvari;generatefor(i=1;i<8;i=i+1)begind_flip_flopff_inst(.clk(clk),.d(d[i]),.reset(reset),.q(q_temp[i]));endendgeneratealways@*beginif(reset)q<=8'b0;elseq=q_temp;endendmodule7.2帶置數(shù)功能的4位循環(huán)移位寄存器電路如圖7.8所。當(dāng)lad為1時(shí)，將4位數(shù)據(jù)d0d1d答案：略。7.374161是異步復(fù)位/同步置數(shù)的4位計(jì)數(shù)器，圖7.9是由74161構(gòu)成的模11計(jì)數(shù)器，試完成下述任務(wù):①用VerilogHDL設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)74161的功能②用模塊例化的方式實(shí)現(xiàn)圖7.9所示的模11計(jì)數(shù)器。答案：略。7.4用VerilogHDL或用IP核設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)異步FIFO(FirstInFirstOut)緩存器，F(xiàn)IFO緩存器具有異步復(fù)位端(rstn)低電平有效具有寫(xiě)時(shí)鐘端口(wclk)讀時(shí)鐘端口(rclk)具有數(shù)據(jù)滿(full)空(empty)標(biāo)識(shí)，數(shù)據(jù)位寬為8位，深度為1024。答案：moduleasync_fifo(inputwireclk,inputwirerst_n,//異步復(fù)位端（低電平有效）inputwirewclk,//寫(xiě)時(shí)鐘端口inputwirerclk,//讀時(shí)鐘端口inputwirewr_en,//寫(xiě)使能信號(hào)inputwirerd_en,//讀使能信號(hào)inputwire[7:0]data_in,//輸入數(shù)據(jù)位寬為8位outputreg[7:0]data_out,//輸出數(shù)據(jù)位寬為8位outputregfull,//數(shù)據(jù)滿標(biāo)識(shí)outputregempty//數(shù)據(jù)空標(biāo)識(shí));parameterDEPTH=1024;//FIFO深度reg[7:0]fifo[0:DEPTH-1];//FIFO緩沖區(qū)reg[9:0]write_ptr=10'b0;//寫(xiě)指針，10位寬度可以表示0到1023的地址reg[9:0]read_ptr=10'b0;//讀指針always@(posedgeclkornegedgerst_n)beginif(~rst_n)begin//異步復(fù)位時(shí)，清空FIFO緩沖區(qū)，指針復(fù)位for(inti=0;i<DEPTH;i=i+1)beginfifo[i]<=8'b0;endwrite_ptr<=10'b0;read_ptr<=10'b0;full<=1'b0;empty<=1'b1;data_out<=8'b0;endelsebegin//寫(xiě)操作if(wclk&&wr_en)beginfifo[write_ptr]<=data_in;write_ptr<=write_ptr+1;if(write_ptr==DEPTH-1)write_ptr<=10'b0;empty<=1'b0;if(write_ptr==read_ptr)full<=1'b1;end//讀操作if(rclk&&rd_en)begindata_out<=fifo[read_ptr];read_ptr<=read_ptr+1;if(read_ptr==DEPTH-1)read_ptr<=10'b0;full<=1'b0;if(read_ptr==write_ptr)empty<=1'b1;endendendendmodule7.5generate語(yǔ)中的循環(huán)控制變量(索引變量)應(yīng)該定義為什么數(shù)據(jù)類(lèi)型?試舉例說(shuō)明。答案：在generate語(yǔ)句中的循環(huán)控制變量（索引變量）應(yīng)該定義為genvar數(shù)據(jù)類(lèi)型。genvar是一種特殊的數(shù)據(jù)類(lèi)型，用于在generate塊中循環(huán)生成實(shí)例或生成代碼。它只能在generate塊中使用，并且不能用于仿真或運(yùn)行時(shí)。例子：moduleexample_module(inputwire[7:0]data,outputreg[7:0]result);//這里是模塊的具體功能always@*beginresult=data+1;endendmodulemoduletop_module;//使用generate塊循環(huán)生成8個(gè)example_module實(shí)例generategenvari;for(i=0;i<8;i=i+1)beginexample_moduleexample_inst(.data(8'b0000_0001<<i),.result(result[i]));endendgenerate//這里可以繼續(xù)編寫(xiě)其他邏輯//輸出結(jié)果reg[7:0]result[7:0];endmodule第八章任務(wù)函數(shù)8.1任務(wù)和函數(shù)的不同點(diǎn)有哪些?答案：任務(wù)（Task）：任務(wù)是一種過(guò)程性結(jié)構(gòu)，用于執(zhí)行一系列操作或語(yǔ)句，并且沒(méi)有返回值。任務(wù)通常用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模、模擬和控制，以及執(zhí)行不需要返回值的操作。任務(wù)在被調(diào)用時(shí)通過(guò)fork...join或begin...end進(jìn)行調(diào)用，并且執(zhí)行的代碼塊在調(diào)用點(diǎn)之后立即開(kāi)始執(zhí)行。任務(wù)可以有輸入和輸出參數(shù)，但不返回值。任務(wù)中可以包含時(shí)序控制（例如@(posedgeclk)）和條件語(yǔ)句（例如if...else）等。函數(shù)（Function）：函數(shù)是一種組合邏輯結(jié)構(gòu)，用于根據(jù)輸入?yún)?shù)計(jì)算并返回一個(gè)值。函數(shù)通常用于執(zhí)行一系列計(jì)算操作，然后返回一個(gè)結(jié)果值，可在表達(dá)式中使用。函數(shù)在調(diào)用時(shí)通過(guò)在賦值語(yǔ)句或表達(dá)式中直接調(diào)用進(jìn)行調(diào)用，并且在調(diào)用點(diǎn)處用函數(shù)返回值替換調(diào)用。函數(shù)有輸入?yún)?shù)，并通過(guò)return語(yǔ)句返回結(jié)果值。函數(shù)不能包含時(shí)序控制或?qū)δK內(nèi)其他信號(hào)的更新?？偨Y(jié)：任務(wù)用于執(zhí)行一系列操作，沒(méi)有返回值，通常用于模擬和控制。函數(shù)用于執(zhí)行計(jì)算并返回結(jié)果，可以在表達(dá)式中使用，不能包含時(shí)序控制。8.2分別用任務(wù)和函數(shù)描述一個(gè)4選1MUX。答案：使用任務(wù)描述4選1MUX：modulemux_4to1_task(input[3:0]data_in,//4位輸入數(shù)據(jù)input[1:0]sel,//2位選擇信號(hào)outputregdata_out//輸出結(jié)果);//任務(wù)：實(shí)現(xiàn)4選1MUX功能taskmux_4to1;input[3:0]in;input[1:0]s;outputregout;begincase(s)2'b00:out=in[0];2'b01:out=in[1];2'b10:out=in[2];2'b11:out=in[3];endcaseendendtask//在時(shí)序塊中調(diào)用任務(wù)always@*beginmux_4to1(data_in,sel,data_out);endendmodule使用函數(shù)描述4選1MUX：modulemux_4to1_function(input[3:0]data_in,//4位輸入數(shù)據(jù)input[1:0]sel,//2位選擇信號(hào)outputregdata_out//輸出結(jié)果);//函數(shù)：實(shí)現(xiàn)4選1MUX功能functionregmux_4to1(reg[3:0]in,reg[1:0]s);case(s)2'b00:mux_4to1=in[0];2'b01:mux_4to1=in[1];2'b10:mux_4to1=in[2];2'b11:mux_4to1=in[3];endcaseendfunction//在時(shí)序塊中調(diào)用函數(shù)always@*begindata_out=mux_4to1(data_in,sel);endendmodule8.3用函數(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)用7段數(shù)碼管交替顯示26個(gè)英文字母的程序，自定義字符的形狀。答案：moduleseven_segment_mux(inputwireclk,//時(shí)鐘信號(hào)outputwire[6:0]seg,//七段數(shù)碼管輸出outputwireanode//數(shù)碼管陽(yáng)極控制信號(hào));reg[25:0]counter=0;//計(jì)數(shù)器，用于選擇顯示的字符//26個(gè)英文字母的自定義形狀（A到Z）parameter[6:0]alphabet[0:25]={7'b111_0111,//A7'b011_1000,//B7'b111_0000,//C//其他字符形狀省略，依次為D到Z//...7'b000_0000//Z};function[6:0]get_segment_output;input[25:0]count;begincase(count%26)0:get_segment_output=alphabet[0];//A1:get_segment_output=alphabet[1];//B2:get_segment_output=alphabet[2];//C//其他字符形狀省略，依次為D到Z//...default:get_segment_output=7'b000_0000;//Zendcaseendendfunctionalways@(posedgeclk)begincounter<=counter+1;//計(jì)數(shù)器遞增endassignseg=get_segment_output(counter);//根據(jù)計(jì)數(shù)器選擇顯示字符assignanode=1'b1;//數(shù)碼管共陽(yáng)極連接，始終為高電平endmodule8.4用函數(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)16位數(shù)據(jù)的高低位轉(zhuǎn)換最高有效位轉(zhuǎn)換為最低有效位，次高位轉(zhuǎn)換為次低位以此類(lèi)推。答案：modulebit_reversal(inputwire[15:0]data_in,//16位輸入數(shù)據(jù)outputreg[15:0]data_out//16位輸出數(shù)據(jù));function[15:0]reverse_bits(input[15:0]data);reg[15:0]result;beginfor(inti=0;i<16;i=i+1)beginresult[i]=data[15-i];endreverse_bits=result;endendfunction//在時(shí)序塊中調(diào)用函數(shù)always@*begindata_out=reverse_bits(data_in);endendmodule8.5系統(tǒng)任務(wù)$strobe和$monitor有何區(qū)別?答案：$monitor：$monitor是一個(gè)全局任務(wù)，可以在任何地方使用。當(dāng)被調(diào)用時(shí)，$monitor會(huì)在仿真過(guò)程中持續(xù)監(jiān)視指定的變量，并在變量的值發(fā)生變化時(shí)，立即輸出相應(yīng)的調(diào)試信息。它在整個(gè)仿真過(guò)程中一直運(yùn)行。$monitor語(yǔ)句會(huì)輸出帶有時(shí)間戳的信息，并且輸出格式在仿真開(kāi)始時(shí)就確定了。它常用于調(diào)試和查看信號(hào)的變化情況。$strobe：$strobe是一個(gè)局部任務(wù)，只能在模塊的initial塊或always塊中使用。當(dāng)被調(diào)用時(shí)，$strobe會(huì)在調(diào)用點(diǎn)輸出指定的變量的當(dāng)前值，輸出后立即結(jié)束。$strobe語(yǔ)句不會(huì)輸出時(shí)間戳信息，僅輸出當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)值。它通常用于輸出特定時(shí)刻的信號(hào)值，以便進(jìn)行調(diào)試。8.6可否用Sdisplay系統(tǒng)任務(wù)來(lái)顯示非阻塞賦值的變量輸出值?為什么?答案：不可以使用$sdisplay系統(tǒng)任務(wù)來(lái)顯示非阻塞賦值（NonblockingAssignment）的變量輸出值。原因是$sdisplay是一個(gè)在仿真中用于顯示調(diào)試信息的系統(tǒng)任務(wù)，而非阻塞賦值是用于在硬件描述中進(jìn)行并行賦值的方法。這兩者在用途和時(shí)機(jī)上有所區(qū)別，因此不能直接混用。$sdisplay系統(tǒng)任務(wù)用于在仿真時(shí)輸出調(diào)試信息，特別是在時(shí)序塊（如always塊）內(nèi)部，可以實(shí)時(shí)查看變量的值。它主要用于仿真調(diào)試，對(duì)于輸出和查看仿真過(guò)程中的信號(hào)值很有幫助。而非阻塞賦值是在VerilogHDL代碼中用于并行賦值的方式，它用于在同一個(gè)時(shí)間步驟內(nèi)同時(shí)更新多個(gè)信號(hào)的值，常用于時(shí)序邏輯中的寄存器和組合邏輯中的多位信號(hào)賦值。它是一種并發(fā)賦值方式，用于描述硬件的行為。在仿真過(guò)程中，非阻塞賦值是在同一時(shí)間步驟內(nèi)同時(shí)完成的，并不會(huì)立即反映在$sdisplay輸出的調(diào)試信息中。因此，如果想要查看非阻塞賦值后的變量輸出值，最好使用$monitor系統(tǒng)任務(wù)，或者在適當(dāng)?shù)牡胤绞褂米枞x值來(lái)觀察信號(hào)值的變化。$monitor會(huì)持續(xù)監(jiān)視變量的值，并在變化時(shí)輸出信息，更適用于查看變量的實(shí)時(shí)更新情況。8.7用任務(wù)完成無(wú)符號(hào)數(shù)的大小排序，設(shè)a、b、c、d是4個(gè)8位無(wú)符號(hào)數(shù)，按從小到大的順序重新排列并輸出到4個(gè)寄存器中存儲(chǔ)。答案：moduleunsigned_sort(inputwire[7:0]a,//輸入無(wú)符號(hào)數(shù)ainputwire[7:0]b,//輸入無(wú)符號(hào)數(shù)binputwire[7:0]c,//輸入無(wú)符號(hào)數(shù)cinputwire[7:0]d,//輸入無(wú)符號(hào)數(shù)doutputreg[7:0]sorted_a,//排序后的無(wú)符號(hào)數(shù)aoutputreg[7:0]sorted_b,//排序后的無(wú)符號(hào)數(shù)boutputreg[7:0]sorted_c,//排序后的無(wú)符號(hào)數(shù)coutputreg[7:0]sorted_d//排序后的無(wú)符號(hào)數(shù)d);//任務(wù)：無(wú)符號(hào)數(shù)排序taskunsigned_sort_task;input[7:0]x,y,z;outputreg[7:0]sorted_x,sorted_y,sorted_z;beginif(x<=y&&x<=z)beginsorted_x=x;if(y<=z)beginsorted_y=y;sorted_z=z;endelsebeginsorted_y=z;sorted_z=y;endendelseif(y<=x&&y<=z)beginsorted_x=y;if(x<=z)beginsorted_y=x;sorted_z=z;endelsebeginsorted_y=z;sorted_z=x;endendelsebeginsorted_x=z;if(x<=y)beginsorted_y=x;sorted_z=y;endelsebeginsorted_y=y;sorted_z=x;endendendendtask//在時(shí)序塊中調(diào)用任務(wù)always@*beginunsigned_sort_task(a,b,c,sorted_a,sorted_b,sorted_c);sorted_d=d;//無(wú)需排序，直接將d存儲(chǔ)到sorted_d中endendmodule8.8編寫(xiě)個(gè)VerilogHDL任務(wù)，生成偶校驗(yàn)位。輸入是一個(gè)8位數(shù)據(jù)，輸出是一個(gè)包含數(shù)據(jù)和偶校驗(yàn)位的碼字。答案：moduleeven_parity_generator(inputwire[7:0]data_in,//8位輸入數(shù)據(jù)outputreg[8:0]codeword//輸出碼字（包含數(shù)據(jù)和偶校驗(yàn)位）);//任務(wù)：生成偶校驗(yàn)位taskgenerate_even_parity;input[7:0]data;outputregparity_bit;reg[7:0]data_reg;begindata_reg=data;//使用一個(gè)寄存器保存輸入數(shù)據(jù)parity_bit=1'b0;//初始化偶校驗(yàn)位為0//計(jì)算數(shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)for(inti=0;i<8;i=i+1)beginparity_bit=parity_bit^data_reg[i];endendendtask//在時(shí)序塊中調(diào)用任務(wù)，并將結(jié)果存儲(chǔ)到輸出碼字中always@*begingenerate_even_parity(data_in,codeword[7]);//生成偶校驗(yàn)位codeword[6:0]=data_in;//將輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到輸出碼字的低7位codeword[8]=codeword[7];//將偶校驗(yàn)位存儲(chǔ)到輸出碼字的最高位endendmodule8.9編寫(xiě)一個(gè)VerilogHDL函數(shù)，實(shí)現(xiàn)求輸入向量補(bǔ)碼的功能，使用comp2(vect，N形式進(jìn)行調(diào)用其中vect是輸入的8位有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)，N是其位寬。答案：moduletest_module;//聲明函數(shù)原型functionsigned[N-1:0]comp2;input[N-1:0]vect;outputregsigned[N-1:0]result;endfunctionintegerN=8;//位寬//在時(shí)序塊中調(diào)用函數(shù)always@*beginresult=comp2(vect,N);end//實(shí)現(xiàn)函數(shù)functionsigned[N-1:0]comp2;input[N-1:0]vect;beginif(vect[N-1]==1'b0)//如果最高位是0，表示輸入向量為正數(shù)comp2=vect;else//如果最高位是1，表示輸入向量為負(fù)數(shù)，求補(bǔ)碼comp2=~vect+1;endendfunctionendmodule8.10使用for循環(huán)語(yǔ)句對(duì)一個(gè)深度為16(地址從0~15)位寬為位的存儲(chǔ)器(寄存器類(lèi)型數(shù)組)進(jìn)行初始化，把所有單元初始值賦為0，存儲(chǔ)器命名為cache。答案：modulememory_init;reg[7:0]cache[0:15];//定義深度為16，位寬為8位的存儲(chǔ)器cacheinitialbegin//使用for循環(huán)對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行初始化for(inti=0;i<16;i=i+1)begincache[i]=8'b0;//將所有單元的初始值賦為0endend//在這里可以使用存儲(chǔ)器cache進(jìn)行讀寫(xiě)操作endmodule第九章TestBench測(cè)試與時(shí)序檢查9.1什么是仿真?仿真一般分為哪幾種?答案：仿真是通過(guò)計(jì)算機(jī)程序模擬電子系統(tǒng)或數(shù)字電路的行為和功能的過(guò)程。在硬件設(shè)計(jì)中，仿真是一種重要的驗(yàn)證和調(diào)試工具，它可以幫助設(shè)計(jì)人員檢查設(shè)計(jì)是否正確，驗(yàn)證功能是否符合預(yù)期，并發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題和錯(cuò)誤。①行為仿真②時(shí)序仿真③靜態(tài)時(shí)序分析④斷言仿真⑤混合仿真。9.2什么是測(cè)試平臺(tái)?測(cè)試平臺(tái)有哪幾個(gè)組成部分?答案：測(cè)試平臺(tái)是用于測(cè)試和驗(yàn)證硬件設(shè)計(jì)的環(huán)境或框架。它提供了一系列工具、硬件和軟件資源，用于對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真、驗(yàn)證和測(cè)試，以確保設(shè)計(jì)的正確性和性能滿足預(yù)期要求。測(cè)試平臺(tái)通常由以下幾個(gè)組成部分組成：（1）開(kāi)發(fā)板或FPGA：測(cè)試平臺(tái)通常包含一個(gè)用于加載設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)板或FPGA。這是硬件設(shè)計(jì)的目標(biāo)平臺(tái)，用于將設(shè)計(jì)加載到硬件中進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。（2）仿真工具：測(cè)試平臺(tái)需要提供仿真工具，用于對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行功能仿真和驗(yàn)證。常見(jiàn)的仿真工具包括ModelSim、VCS、NCVerilog等。通過(guò)仿真工具，設(shè)計(jì)人員可以在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行設(shè)計(jì)，模擬其行為和功能。（3）靜態(tài)時(shí)序分析工具：靜態(tài)時(shí)序分析工具用于在設(shè)計(jì)綜合后進(jìn)行時(shí)序分析。它能夠預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)在不同時(shí)鐘頻率下的最大工作頻率、最小延遲和最大延遲等重要時(shí)序參數(shù)，以幫助設(shè)計(jì)人員滿足時(shí)序約束和優(yōu)化性能。（4）斷言驗(yàn)證工具：斷言驗(yàn)證工具用于創(chuàng)建和執(zhí)行斷言，用于檢查設(shè)計(jì)是否滿足預(yù)期規(guī)范。斷言是一種形式化的規(guī)范，描述設(shè)計(jì)的期望行為，斷言驗(yàn)證工具能夠自動(dòng)驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否符合這些規(guī)范。（5）驗(yàn)證測(cè)試臺(tái)和測(cè)試程序：驗(yàn)證測(cè)試臺(tái)是一組測(cè)試用例和測(cè)試程序，用于對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的功能驗(yàn)證。測(cè)試臺(tái)可以通過(guò)仿真工具或在硬件平臺(tái)上運(yùn)行，用于驗(yàn)證設(shè)計(jì)的各種功能和場(chǎng)景。（6）配置和控制接口：測(cè)試平臺(tái)需要提供配置和控制接口，用于對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行加載、配置和控制。這些接口可以是JTAG、SPI、UART等，用于與開(kāi)發(fā)板或FPGA進(jìn)行通信和控制。（7）環(huán)境支持：測(cè)試平臺(tái)需要提供適當(dāng)?shù)沫h(huán)境支持，包括操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序和開(kāi)發(fā)工具等，以方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調(diào)試。9.3時(shí)序檢查和時(shí)序仿真兩個(gè)概念有何區(qū)別?答案：定義：時(shí)序檢查：時(shí)序檢查是在綜合后對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行靜態(tài)時(shí)序分析的過(guò)程。它不執(zhí)行實(shí)際的時(shí)鐘周期仿真，而是通過(guò)對(duì)綜合后的網(wǎng)表進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)電路在不同條件下的最大工作頻率、最小延遲和最大延遲等重要時(shí)序參數(shù)，以幫助設(shè)計(jì)人員滿足時(shí)序約束和優(yōu)化性能。時(shí)序仿真：時(shí)序仿真是一種動(dòng)態(tài)的仿真方法，它通過(guò)實(shí)際的時(shí)鐘周期仿真來(lái)模擬電路的時(shí)序行為。在時(shí)序仿真中，電路的時(shí)鐘和輸入信號(hào)的時(shí)序關(guān)系被模擬，以檢查電路在特定時(shí)鐘頻率下的正確性和性能。仿真對(duì)象：時(shí)序檢查：時(shí)序檢查的對(duì)象是綜合后的網(wǎng)表級(jí)別的設(shè)計(jì)。它主要用于預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)在不同條件下的時(shí)序性能，例如最大工作頻率和時(shí)序違規(guī)。時(shí)序仿真：時(shí)序仿真的對(duì)象是設(shè)計(jì)的高級(jí)描述（如Verilog或VHDL代碼）。它模擬電路的時(shí)序行為，并用于驗(yàn)證電路的正確性和性能。時(shí)序約束：時(shí)序檢查：時(shí)序檢查通常用于檢查設(shè)計(jì)是否滿足預(yù)先設(shè)定的時(shí)序約束，例如時(shí)鐘頻率、輸入輸出延遲等。時(shí)序檢查會(huì)根據(jù)這些約束，預(yù)測(cè)電路的時(shí)序性能，并給出設(shè)計(jì)是否滿足要求的評(píng)估。時(shí)序仿真：時(shí)序仿真不僅考慮時(shí)序約束，還模擬電路在不同時(shí)鐘周期下的實(shí)際行為。它能夠驗(yàn)證設(shè)計(jì)的功能和時(shí)序性能，并檢查是否存在時(shí)序違規(guī)和其他錯(cuò)誤。9.4寫(xiě)出產(chǎn)生占空比為1/4的時(shí)鐘信號(hào)的試程序。答案：9.5編寫(xiě)一個(gè)時(shí)鐘波形產(chǎn)生器，產(chǎn)生正脈沖寬度為15ms、負(fù)脈沖寬度為10ns的時(shí)鐘波形，分別用always語(yǔ)句和initial語(yǔ)句完成本設(shè)計(jì)。答案：moduleclock_generator(inputwireclk_in,//輸入時(shí)鐘信號(hào)outputregclk_out//輸出產(chǎn)生的占空比為1/4的時(shí)鐘信號(hào));reg[1:0]counter;//2位計(jì)數(shù)器，用于計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期parameterCOUNT_MAX=3;//計(jì)數(shù)器最大值，產(chǎn)生4個(gè)周期的占空比為1/4的時(shí)鐘信號(hào)always@(posedgeclk_in)begincounter<=counter+1;//每次時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)器加1if(counter>=COUNT_MAX)begincounter<=0;//達(dá)到最大值時(shí)，計(jì)數(shù)器清零clk_out<=~clk_out;//改變輸出時(shí)鐘信號(hào)的狀態(tài)，即產(chǎn)生1/4占空比時(shí)鐘endendendmodule9.6編寫(xiě)一個(gè)模10計(jì)數(shù)器程序(含異步復(fù)位端)，編寫(xiě)TestBench測(cè)試程序并對(duì)其進(jìn)行仿真。答案：使用always語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘波形產(chǎn)生器：moduleclock_generator_always(outputregclk_out//輸出時(shí)鐘信號(hào));parameterPOSITIVE_WIDTH=15000;//正脈沖寬度為15ms，單位：nsparameterNEGATIVE_WIDTH=10;//負(fù)脈沖寬度為10ns，單位：nsalways@(posedgeclk_outornegedgeclk_out)beginif(~clk_out)begin#NEGATIVE_WIDTH;clk_out<=1'b1;//負(fù)脈沖結(jié)束，將時(shí)鐘信號(hào)設(shè)為1endelsebegin#POSITIVE_WIDTH;clk_out<=1'b0;//正脈沖結(jié)束，將時(shí)鐘信號(hào)設(shè)為0endendinitialclk_out=1'b0;//初始時(shí)鐘信號(hào)為0endmodule使用initial語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘波形產(chǎn)生器：moduleclock_generator_initial(outputregclk_out//輸出時(shí)鐘信號(hào));parameterPOSITIVE_WIDTH=15000;//正脈沖寬度為15ms，單位：nsparameterNEGATIVE_WIDTH=10;//負(fù)脈沖寬度為10ns，單位：ns