【HDLBits刷题】Verilog Language——1.Basics

一、题目与题解

[1.Simple wire（简单导线）](#1.Simple wire（简单导线）)

[2.Four wires（4线）](#2.Four wires（4线）)

3.Inverter（逆变器（非门））

[4.AND gate （与门）](#4.AND gate （与门）)

[5. NOR gate （或非门）](#5. NOR gate （或非门）)

[6. XNOR gate（异或非（同或）门）](#6. XNOR gate（异或非（同或）门）)

[7.Declaring wires（声明导线）](#7.Declaring wires（声明导线）)

[8.7458 chip（ 7458芯片）](#8.7458 chip（ 7458芯片）)

一、题目与题解

1.Simple wire（简单导线）

创建一个具有一个 input 和一个 output 的模块，其行为类似于一条线。

与物理电线不同，Verilog 中的电线（和其他信号）是定向的 。这意味着信息仅沿一个方向流动，从（通常一个）源流向接收器 （源通常也称为驱动器 ，将值驱动到线路上）。在 Verilog 的 "continuous assignment" （ assign left_side = right_side; ）中，右侧的信号值被驱动到左侧的导线上。赋值是 "continuous" 的，因为即使右侧的值发生变化，赋值也会一直继续。连续分配不是一次性事件。

模块上的端口也有一个方向（通常是输入或输出）。输入端口由模块外部的东西驱动，而输出端口则驱动外部的东西。从模块内部查看时，输入端口是驱动器或源，而输出端口是接收器。

下图说明了电路的每个部分如何对应于Verilog代码的每个位。模块和端口声明创建电路的黑色部分。您的任务是通过添加要连接到的语句来创建一条线路（绿色）。开箱即用的部件不是您关心的问题，但您应该知道，通过将测试线束的信号连接到顶部_模块的端口，可以测试您的电路。

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module top_module( input in, output out );
    assign out = in;
endmodule

2.Four wires（4线）

创建一个具有 3 个输入和 4 个输出的模块，其行为类似于进行以下连接的电线：
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a -> w
b -> x
b -> y
c -> z
下图说明了 circuit 的每个部分如何对应于 Verilog 代码的每个位。从模块外部，有三个输入端口和四个输出端口。

当您有多个 assign 语句时，它们在代码中出现的顺序 无关紧 要。与编程语言不同， assign 语句（"连续赋值"）描述事物之间的连接，而不是将值从一个事物复制到另一个事物的操作。

现在也许应该澄清一个潜在的混淆来源：这里的绿色箭头代表电线之间的 连接，但本身不是电线。该模块本身已经声明了 7 条电线（名为 a、b、c、w、x、y 和 z）。这是因为 input 和 output 声明实际上声明了一个连线，除非另有指定。写入输入线 a 与写入 a 相同。因此，assign 语句不是在创建电线，而是在已经存在的 7 条电线之间创建连接。

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module top_module( 
    input a,b,c,
    output w,x,y,z );
    assign w = a;
    assign x = b,y = b;
    assign z = c;
    //如果我们确定每个信号的宽度，使用
    //串联运算符等效且更短：
    //assign {w，x，y，z}={a，b，b，c}；
endmodule

3.Inverter（逆变器（非门））

创建一个实现 NOT 门的模块。该电路类似于线，但略有不同。当从电线连接到电线时，我们将实现逆变器（或者"非门"）而不是普通电线。使用assign语句。assign语句将持续将in的非转换为out。

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module top_module( input in, output out );
    assign out = ~in;
endmodule

4.AND gate （与门）

创建实现 AND 门的模块。

该电路现在有三条导线（a、b和out）。导线a和b已经具有由输入端口驱动的值。但wire out目前并不是由任何因素驱动的。写一个assign语句，用a和b的AND信号输出。

请注意，该电路与NOT门非常相似，只是多了一个输入。如果听起来不一样，那是因为我已经开始描述信号是被驱动的（已知值由附加到它的某个东西决定）还是不是被某个东西驱动的。输入线由模块外部的东西驱动。assign语句将把一个逻辑电平驱动到一条线上。正如您所料，一条导线不能有多个驱动器（如果有，其逻辑级别是多少？），没有驱动程序的导线将有一个未定义的值（在合成硬件时通常被视为0）。

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module top_module( 
    input a, 
    input b, 
    output out );
    assign out = a & b;
endmodule

5. NOR gate （或非门）

创建一个实现或非门的模块。或非门是输出反转的或门。在Verilog中编写NOR函数时需要两个运算符。

assign语句用一个值驱动一条线（或者更正式地称为"网"）。该值可以是任意复杂的函数，只要它是组合函数（即无内存、无隐藏状态）。assign语句是一种连续赋值，因为每当其任何输入发生变化时，都会"重新计算"输出，就像一个简单的逻辑门一样

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module top_module( 
    input a, 
    input b, 
    output out );
    assign out = ~(a | b);
endmodule

6. XNOR gate（异或非（同或）门）

创建一个实现 XNOR 门的模块。

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module top_module( 
    input a, 
    input b, 
    output out );
    //assign out = a ~^ b;a和b相同输出0，不同输出1
    //assign out = a ^~ b;
    assign out = ~(a ^ b);
endmodule

7.Declaring wires（声明导线）

到目前为止，电路已经足够简单，以至于 output 是 inputs 的简单函数。随着电路变得越来越复杂，您将需要电线将内部组件连接在一起。当你需要使用 wire 时，你应该在 module 的主体中声明它，在它第一次使用之前的某个地方。（将来，您将遇到更多类型的信号和变量，它们也以相同的方式声明，但现在，我们将从 type 为 wire 的信号）开始。
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module top_module (
    input in,              // Declare an input wire named "in"
    output out             // Declare an output wire named "out"
);

    wire not_in;           // Declare a wire named "not_in"

    assign out = ~not_in;  // Assign a value to out (create a NOT gate).
    assign not_in = ~in;   // Assign a value to not_in (create another NOT gate).

endmodule   // End of module "top_module"
在上面的模块中，有三根电线（ in ， out ，和 not_in ），其中两根已经声明为模块的输入和输出端口的一部分（这就是为什么你在前面的练习中不需要声明任何电线的原因）。需要在 module 内部声明 wire not_in 。从模块外部不可见。然后，使用两个 assign 语句创建两个 NOT 门。请注意，您首先创建哪个 NOT 门并不重要：您最终仍然会得到相同的电路。

实现以下电路。创建两条中间线（命名您想要的任何名称）以将 AND 和 OR 门连接在一起。请注意，馈送 NOT 门的 wire 实际上是 wire out ，因此您不一定需要在此处声明第三根 wire 。请注意 wires 是如何由一个 source （gate 的 output）驱动的，但可以馈送多个 inputs。

如果您遵循图中的电路结构，则最终应该有四个 assign 语句，因为有四个信号需要赋值。

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module top_module (
	input a,
	input b,
	input c,
	input d,
	output out,
	output out_n );
	
	wire w1, w2;		// Declare two wires (named w1 and w2)
	assign w1 = a&b;	// First AND gate
	assign w2 = c&d;	// Second AND gate
	assign out = w1|w2;	// OR gate: Feeds both 'out' and the NOT gate
 
	assign out_n = ~out;	// NOT gate
	
endmodule

8.7458 chip（ 7458芯片）

7458 是一款具有 4 个 AND 门和 2 个 OR 门的芯片。此问题比 7420 稍微复杂一些。

创建与 7458 芯片具有相同功能的模块。它有 10 个输入和 2 个输出。您可以选择使用 assign 语句来驱动每根输出线，也可以选择声明（four）线用作中间信号，其中每根内部线都由其中一个 AND 门的输出驱动。如需额外练习，请尝试两种方式。

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module top_module ( 
    input p1a, p1b, p1c, p1d, p1e, p1f,
    output p1y,
    input p2a, p2b, p2c, p2d,
    output p2y );
    //第一种方法
    assign p2y = (p2a & p2b) | (p2c & p2d);
    assign p1y = (p1a & p1c & p1b) | (p1f & p1e & p1d);
    //第二种方法
    wire a,b,c,d;
    assign a = p2a & p2b;
    assign b = p2c & p2d;
    assign p2y = a | b;
    assign c = p1a & p1c & p1b;
    assign d = p1f & p1e & p1d;
    assign p1y = c | d;
endmodule

二、杂谈

1.新的数据类型：wire

2.串联运算符：{}

assign {w, x, y, z} = {a, b, b, c};

可实现一对一的赋值

3.逻辑运算符

&与

|或

~非

^异或

4.同或的表示方法

~ (a ^ b) == (a ^~ b) == (a ~^ b)