數(shù)字硬件建模SystemVerilog-條件（三元）運(yùn)算符

經(jīng)過幾周的更新，SV核心部分用戶自定義類型和包內(nèi)容已更新完畢，接下來就是RTL表達(dá)式和運(yùn)算符。

馬上HDLBits-SystemVerilog版本也開始準(zhǔn)備了，基本這一部分完成后就開始更新~

介紹

RTL建模中廣泛使用的運(yùn)算符是條件運(yùn)算符，也稱為三元運(yùn)算符，該運(yùn)算符用于在兩個(gè)表達(dá)式之間進(jìn)行選擇——表5-2列出了用于表示條件運(yùn)算符的重點(diǎn)。

表5-2:RTL建模的條件（三元）運(yùn)算符| 運(yùn)算符 | 示例用法 | 描述 |

| -------- | ---------- | ------------------------------------------------------------------------------- |

| ？： | s?m:n | 如果s為真，則選擇m；如果s為假，則選擇n，否則(s不為真不為假)對m和n進(jìn)行按位比較 |

問號（？）前面列出的表達(dá)式被稱為控制表達(dá)式（control expression），表示它可以是一個(gè)簡單的整數(shù)值（任何大小的向量，包括1位），也可以是另一個(gè)返回整數(shù)值的操作的結(jié)果。例如：

使用以下規(guī)則將控制表達(dá)式計(jì)算為true或false：

• 如果所有位為l，則表達(dá)式為true。
• 如果所有位均為0，則表達(dá)式為false。
• 如果未設(shè)置任何位且并非所有位均為0，則表達(dá)式未知，如果某些位為X或Z，則可能出現(xiàn)這種情況。

對于4-state值，控制表達(dá)式可能既不是真的也不是假的。在下面的值中，沒有一個(gè)位是l，但不是所有的位都是0。

當(dāng)控制表達(dá)式未知時(shí)，條件運(yùn)算符對兩個(gè)可能的返回值進(jìn)行按位比較。如果對應(yīng)位均為0，則該位位置返回0，如果對應(yīng)位均為l，則該位位置返回1。如果對應(yīng)的位不同，或者任一位有X或Z值，則返回該位位置的X。下面的示例演示了這種仿真行為。

條件運(yùn)算符的行為通常類似于硬件多路復(fù)用器。示例5-3說明了如何使用條件運(yùn)算符在寄存器的兩個(gè)輸入之間進(jìn)行選擇。圖5-3顯示了綜合該示例的結(jié)果。條件運(yùn)算符映射到四個(gè)多路復(fù)用器，四位d1和d2輸入的每一位對應(yīng)一個(gè)多路復(fù)用器。

示例5-3：使用條件運(yùn)算符：4位多路復(fù)用寄存器D輸入

// 4-bit register with multiplexed D input, using conditional
// operator.
//
//`begin_keywords "1800-2012" // use SystemVerilog-2012 keywords
module muxed_register
#(parameter WIDTH = 4)                 // register size
(input  logic             clk,         // 1-bit input
 input  logic             data_select, // 1-bit input
 input  logic [WIDTH-1:0] d1, d2,      // scalable input size
 output logic [WIDTH-1:0] q_out        // scalable output size
);
  timeunit 1ns; timeprecision 1ns;

  always_ff @(posedge clk)
    q_out <= data_select? d1 : d2;     // store d1 or d2

endmodule: muxed_register
//`end_keywords

圖形5-3：示例5-3的綜合結(jié)果：條件運(yùn)算符（多路復(fù)用寄存器）

圖5-3所示的電路是綜合編譯器將電路映射到特定ASIC或FPGA目標(biāo)實(shí)現(xiàn)之前的中間通用綜合結(jié)果。用于生成圖5-3的綜合編譯器使用了具有未連接的set和rst輸入的通用觸發(fā)器，使用ASIC或FPGA庫的最終實(shí)現(xiàn)可能能夠使用沒有這些輸入的觸發(fā)器（如果目標(biāo)設(shè)備中可用）。不同的綜合編譯器可能會(huì)使用不同的通用型組件來表示這些中間結(jié)果。

條件運(yùn)算符并不總是作為多路復(fù)用器實(shí)現(xiàn)。綜合編譯器可能會(huì)根據(jù)操作數(shù)的類型和運(yùn)算的上下文，將條件運(yùn)算符映射并優(yōu)化為其他類型的門級邏輯。在示例5-4中，條件運(yùn)算符表示三態(tài)緩沖器，而不是多路復(fù)用邏輯，圖5-4顯示了綜合該示例的結(jié)果，

示例5-4：使用條件運(yùn)算符：帶三態(tài)輸出的4位加法器

// 4-bit adder with tri-state outputs, using conditional operator
// (no carry).
//
//`begin_keywords "1800-2012" // use SystemVerilog-2012 keywords
module tri_state_adder
#(parameter N = 4)                // N-bit adder size
(input  logic             enable, // output enable
input  logic     [N-1:0] a, b,   // scalable input size
output tri logic [N-1:0] out     // tri-state output, net type
);
 timeunit 1ns; timeprecision 1ns;

 assign out = enable? (a + b) : 'z;  // tri-state buffer

endmodule: tri_state_adder
//`end_keywords

在本例中，條件運(yùn)算符（？）選擇輸出端口應(yīng)分配（a+b）或高阻抗。如果en為false，則將out賦值為z?！痾標(biāo)記是一個(gè)文字值，用于將表達(dá)式的所有位設(shè)置為高阻抗，并自動(dòng)縮放到表達(dá)式的向量大小。有關(guān)向量填充文字值的更多詳細(xì)信息，請參見之前的文章。

在示例5-4中觀察，out三態(tài)輸出端口被聲明為3-state logic類型，而不是通常的邏輯類型，logic數(shù)據(jù)類型只定義端口時(shí)可以有四態(tài)值，它不定義端口類型是網(wǎng)絡(luò)類型或者變量類型。輸出端口默認(rèn)為變量類型，除非顯式聲明為NET（網(wǎng)絡(luò)）類型。（相反，輸入端口將默認(rèn)為NET類型，除非顯式聲明為變量類型），關(guān)鍵字?tri聲明網(wǎng)絡(luò)類型。tri類型在各個(gè)方面都與wire類型相同，但tri關(guān)鍵字可以幫助記錄網(wǎng)絡(luò)或端口的預(yù)期三態(tài)（高阻抗）值。

圖5-4：示例5-4的綜合結(jié)果：條件運(yùn)算符（三態(tài)輸出）