RTL表达式和运算符

数字硬件建模SystemVerilog-连接和复制运算符

 

经过几周的更新，SV核心部分用户自定义类型和包内容已更新完毕，接下来就是RTL表达式和运算符。

马上HDLBits-SystemVerilog版本也开始准备了，基本这一部分完成后就开始更新~

介绍

连接和复制运算符将多个表达式连接在一起，形成一个向量表达式。结果向量中的位总数是每个子表达式中所有位的总和。连接有两种形式，简单连接和复制连接。一个简单的连接将任意数量的表达式连接在一起。复制连接将表达式连接在一起，然后复制指定次数的结果。表5-3显示了连接和复制运算符的一般语法和用法:

表5-1：RTL建模的连接和复制运算符

以下变量和值用于显示这些运算符的结果。

• {a,b}结果是101100010001（二进制），一个12位的值。

• {4’hF，a}结果是1111_1011（二进制），一个8位的值。

• {8{2’bl0}}结果是1010101010101010（二进制），一个16位的值，2’b01重复8次。

• {{4{a[3]}},a} 结果是11111011（二进制）一个8位的值, a的有效位重复4次，然后连接到a。

连接和复制运算符是可综合的。运算符不直接表示硬件中的任何逻辑功能。它们只是表示同时使用多个信号，将文字值附加到信号或文字值。

示例5-1和5-2说明了连接运算符在RTL建模中的两种常见应用：

在赋值语句的右侧或左侧将多个信号连接在一起。在每个示例之后，图5-1和5-2显示了连接运算符如何在综合生成的门级功能。然而，在RTL模型中，连接运算符是一种有用的构造，用于以简洁的方式表示硬件功能。

示例5-1：使用连接运算符：多输入状态寄存器

//`begin_keywords "1800-2012" // use SystemVerilog-2012 keywords
module status_reg
(input  logic       clk,     // register clk
input  logic       rstN,    // active-low reset
input  logic       int_en,  // 1-bit interrupt enable
input  logic       zero,    // 1-bit result = 0 flag
input  logic       carry,   // 1-bit result overflow flag
input  logic       neg,     // 1-bit negative result flag
input  logic [1:0] parity,  // 2-bit parity bits
output logic [7:0] status   // 8-bit status register output
);
 timeunit 1ns; timeprecision 1ns;

 always_ff @(posedge clk or negedge rstN) // async reset
   if (!rstN)                             // active-low reset
     status <= {1'b0,2'b11,5'b0};   // reset
   else
     status <= {int_en,2'b11,zero,carry,neg,parity}; // load

endmodule: status_reg
//`end_keywords

图5-1：示例5-l的综合结果：连接运算符（状态寄存器）

笔记
综合编译器实现运算符的方式会受到许多因素的影响，包括目标设备、与运算符一起使用的其他运算符或编程语句、使用的综合编译器，以及”指定的综合选项和约束。

 

示例5-1中的状态寄存器有两个未使用的位，它们的常量值为1，用于生成图5-1所示状态寄存器实现的综合编译器将这两个未使用的位映射到8位上拉输出上。其他综合编译器，或者指定不同的综合约束，可能会以不同的方式映射相同的RTL功能，例如通过使用预设为1值的触发器

示例5-2：使用连接运算符：带进位的加法器

//`begin_keywords "1800-2012"
module rtl_adder
(input  logic a, b, ci,
output logic sum, co
);
 timeunit 1ns; timeprecision 1ns;

 assign {co,sum} = a + b + ci;

endmodule: rtl_adder
//`end_keywords

  图5-2：示例5-2的综合结果：加法运算符（带进位/输出的加法器）

用于生成图5-2所示实现的综合编译器将RTL加法器功能映射到通用加法器块——综合的下一步将针对特定的ASIC或FPGA设备，通用加法器将在该步骤中映射到特定的加法器实现。

连接和复制运算符经常用于创建用作其他运算符操作数的表达式。这方面的例子将在本章后面的章节和后面的章节中看到。

在使用连接时，有一些重要的规则需要注意：

• 可以将任何多个表达式连接在一起，只包括一个表达式，
• 连接中的表达式必须具有固定大小。无大小的文字值不允许使用，例如数字5和’1，是不被允许的。
• 连接的结果始终是无符号的，无论连接中表达式的符号是什么。

不要将连接与赋值列表混淆。SystemVerilog有一个包含在’{and}（赋值列表）标记之间的赋值列表运算符。虽然赋值列表运算符看起来类似于连接运算符，但其功能却大不相同。赋值列表运算符将多个值连接在一起，以创建一个新的单个值。赋值列表运算符以撇号开头（’）,并且用于将单个值的集合分配给数组的单个元素或结构的单个成员。

　　审核编辑：汤梓红