verilog语法基础-移位寄存器

概述：

移位寄存器在数字电路设计中广泛被使用，列如SPI通讯中的串行输入并行输出，并行输出串行输出，FIR滤波器中作为数据的延迟链，边沿检测中的数据延迟链等等。本节针对移位寄存器的基本应用场景给出基本的模版，并观测FPGA综合后的结构图。

内容：

1. 一位分立移位寄存器

2. 串行输入，并行输出延迟链

3. 循环移位寄存器

4. 并行输入串行输出延迟链

5. 总线并行延迟链

1. 一位分立移位寄存器

代码

module regtest(
	input clk , // system clock 50Mhz on board
	input rst_n, // system rst, low active 
	input a , 
	output[3:0] y1  // output signal
    );
reg a_dly1 ;
reg a_dly2 ;
reg a_dly3 ;
assign y1={a_dly3,a_dly2,a_dly1,a}; //穿行输入，并行输出
always @ (posedge clk or negedge rst_n ) begin
	if (rst_n == 1'b0) begin 
		a_dly1 <= 1'b0 ;
		a_dly2 <= 1'b0 ;
		a_dly3 <= 1'b0 ;
	end else begin 
		a_dly1 <= a ;
		a_dly2 <= a_dly1 ;
		a_dly3 <= a_dly2 ;
	end
end

endmodule

RTL结构图，移位寄存器的结构通过FDC触发器串联构成。

技术原理图

2. 串行输入并行输出

代码

module regtest(
	input clk , // system clock 50Mhz on board
	input rst_n, // system rst, low active 
	input a , 

	output[3:0] y1  // output signal

 
    );
reg[3:0] abus ;
assign y1=abus; 
always @ (posedge clk or negedge rst_n ) begin
	if (rst_n == 1'b0) begin 
		abus <= 1'b0 ;
	end else begin 
		abus <= {abus[2:0],a} ;
	end
end

endmodule

RTL结构图

技术原理图，总线结构移位寄存器更加简洁，但是实现的电路结构是一样的。

3. 循环移位寄存器

代码

module regtest(
	input clk , // system clock 50Mhz on board
	input rst_n, // system rst, low active 
	input[3:0] a , 

	output[3:0] y1  // output signal

    );
reg[3:0] abus ;
assign y1=abus; 
always @ (posedge clk or negedge rst_n ) begin
	if (rst_n == 1'b0) begin 
		abus <= 1 ;
	end else begin 
		abus <= {abus[2:0],abus[3]} ;
	end
end

endmodule

RTL结构图

技术原理图

4. 并行输入，串行输出

代码

module regtest(
	input clk , // system clock 50Mhz on board
	input rst_n, // system rst, low active 
	input[3:0] a , 
	input load_signal,
	input clock_enable,
	output reg y1  // output signal

    );
reg[3:0] abus ;

always @ (posedge clk or negedge rst_n ) begin
	if (rst_n == 1'b0) begin 
		abus <= 4'b0 ;
	end else if (load_signal) begin 
		abus <= a ;
	end else if (clock_enable) begin 
		abus <= {1'b0,abus[3:1]};
		y1 <=abus[0];
	end
end

endmodule

RTL结构图

技术原理图

5. 总线并行延迟链

代码

module regtest(
	input clk , // system clock 50Mhz on board
	input rst_n, // system rst, low active 
	input[3:0] a , 
	input load_signal,
	input clock_enable,
	output [3:0] y1  // output signal

    );
reg[3:0] abus [5:0];
integer i;
assign y1 = abus[5];
always @ (posedge clk or negedge rst_n ) begin
	if (rst_n == 1'b0) begin 
		for (i=0;i<6;i = i+1)begin 
			abus[i] <= 4'b0;
		end
	end else  begin 
		for (i=1;i<6;i = i+1)begin 
			abus[i] <= abus[i-1];
		end
		abus[0] <= a;
	end
end

endmodule

RTL结构图

技术原理图，总线延迟链中使用了SRL16移位寄存器来实现数据延迟，这是LUT内部的移位寄存器，他可以节省flip_flop的使用。

6. 总结

7. 移位寄存器广泛用于通讯的输入输出端口输出，FIR滤波的延迟，以及随机数生成等场景

8. FPGA内部使用flip_flop触发器来实现移位寄存器

9. 对于大量的移位操作，FPGA可以使用LUT4的SRL16移位寄存器来实现。