什么是逻辑运算符

数字硬件建模SystemVerilog-逻辑运算符

 

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。

 

逻辑运算符

逻辑运算符对其操作数求值，并返回一个值，该值指示求值结果是真还是假（true or false）。例如，运算a && b测试a和b是否都为真，如果两个操作数都为真，则运算符返回真。否则，运算符返回false。

逻辑运算符返回值。SystemVerilog没有内置的true或false布尔值。相反，逻辑运算符的返回使用逻辑值1’b1（一个一位宽的逻辑l）表示真，1’b0表示假。逻辑运算符还可以返回1’bx，指示仿真无法确定实际逻辑门的评估结果是否为真或假的模糊条件。

判断一个表达式是真是假。要确定操作数是真是假，SystemVerilog使用以下规则：

• 如果所有位均为0，则操作数为假
• 如果所有位均为1，则操作数为真
• 如果所有位均为X或Z，且没有位为1，则操作数未知X

表5-1列出了RTL综合编译器普遍支持的逻辑运算符。

表5-11：RTL建模的逻辑运算符

 

逻辑求反运算符通常被称为“not运算符”，它是“not true”的缩写。

逻辑运算符通过对每个操作数进行归约OR来执行其运算，从而产生一个1位结果。然后对该结果进行求值，以确定其为真还是假。对于not运算符，1位的结果首先被反转，然后求值为真或假。

表5-12和5-13显示了这些逻辑运算符对几个示例值的结果。

表5-12：逻辑AND and OR运算的示例结果

 

表5-13：逻辑求反运算的示例结果

 

逻辑求反运算符（！）和按位反转运算符（~）之间的区别

练习题目《HDLBits: 在线学习 SystemVerilog（一）-Problem 2-6》Problem 4

应注意不要混淆逻辑求反运算符（！）以及按位反转运算符（~）。求反运算符对其操作数执行真/假求值，并返回表示真、假或未知结果的1位值。按位反转运算符对操作数的每一位（补码）执行逻辑反转，并返回与操作数相同位宽的值。

在某些操作中，这些操作的结果恰好相同，但在其他操作中，它们返回的值非常不同。当运算符与决策语句一起被错误使用时，这种差异可能导致错误代码。考虑下面的例子：

 

前面代码片段的最后两行之所以不同，是因为这两个运算符的工作方式不同——逻辑求反运算符（！）通过将两位相加或相减，对2位选择执行真/假计算，然后反转1位结果，按位反转运算符（~）只反转2位选择向量的每一位的值，并返回2位结果。if语句然后对2位向量进行真/假测试，该向量的计算结果为真，因为反转后的值仍有一位设置为1。

最佳实践指南5-1
使用按位反转运算符反转值的位，不要使用按位反转运算符对逻辑求反运算符求反。相反，使用逻辑求反运算符来否定真/假测试的结果。不要使用逻辑求反运算符反转值。

最佳实践指南5-2
仅使用逻辑求反运算符求反来测试标量（1位）值，而不是 对向量执行真/假测试。

如果向量的任何位为1，逻辑运算将返回true，这可能会导致在测试特定位时出现设计错误。计算向量值时，使用等式或关系运算符测试可接受的值。

示例5-7说明了一个小型RTL模型，该模型使用逻辑NOT、逻辑AND和逻辑OR运算符。该设计是一个逻辑比较器，如果两个数据值中的任何一个在可配置的值范围内，则设置一个flag。

示例5-7：使用逻辑运算符：当值在某个范围内时设置flag

 

图5-7显示了示例5-7中的RTL模型综合结果

图5-7：示例5-7的综合结果：逻辑运算符（范围内比较）

 

不可综合的逻辑运算符

SV-2009增加了两个额外的逻辑运算符，它们是蕴涵和等价运算符，在本文编写时RTL综合编译器通常不支持这些运算符。表5-14列出了这两个运算符的标记和描述。

表5-14：不可综合逻辑运算符