FPGA設(shè)計(jì)：always組合邏輯塊的講解和譯碼器的實(shí)現(xiàn)

always 語(yǔ)句

always 語(yǔ)句是重復(fù)執(zhí)行的。always 語(yǔ)句塊從 0 時(shí)刻開始執(zhí)行其中的行為語(yǔ)句；當(dāng)執(zhí)行完最后一條語(yǔ)句后，便再次執(zhí)行語(yǔ)句塊中的第一條語(yǔ)句，如此循環(huán)反復(fù)。多用于仿真時(shí)鐘的產(chǎn)生，信號(hào)行為的檢測(cè)等。

always語(yǔ)句的格式：

always @(posedge clk) begin
    temp    = a ;
    a       = b ;
    b       = temp ;
end

()中可以是*，表示：每當(dāng)任何輸入發(fā)生變化時(shí)執(zhí)行begin和end之間的語(yǔ)句。也可以是posedge clk，表示：時(shí)鐘上升沿時(shí)執(zhí)行begin和end之間的語(yǔ)句。assign語(yǔ)句和always @(*)創(chuàng)建相同的組合邏輯，比如下面代碼中的兩個(gè)輸出波形是一致的。

module top_module(
    input a, 
    input b,
    output wire out_assign,
    output reg out_alwaysblock
);
assign out_assign=a&b;
    always @(*) begin
       out_alwaysblock=a&b; 
    end
endmodule

連續(xù)性賦值，過程性賦值 ：連續(xù)性賦值總是處于激活狀態(tài)，任何操作數(shù)的改變都會(huì)影響表達(dá)式的結(jié)果；過程賦值只有在語(yǔ)句執(zhí)行的時(shí)候，才會(huì)起作用。

阻塞賦值與非阻塞賦值 ：是過程賦值的兩種類型。

阻塞賦值 ：阻塞賦值屬于順序執(zhí)行，下一條語(yǔ)句執(zhí)行前，當(dāng)前語(yǔ)句一定會(huì)執(zhí)行完畢。使用等號(hào) = 作為賦值符。initial語(yǔ)句用阻塞賦值。

非阻塞賦值 ：并行執(zhí)行，即下一條語(yǔ)句的執(zhí)行和當(dāng)前語(yǔ)句的執(zhí)行是同時(shí)進(jìn)行的，它不會(huì)阻塞位于同一個(gè)語(yǔ)句塊中后面語(yǔ)句的執(zhí)行。使用 <= 作為賦值符。

使用非阻塞賦值是為了避免競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)，那么實(shí)際使用中只需要記住：always時(shí)序邏輯塊中多用非阻塞賦值<=（后面的時(shí)序邏輯電路會(huì)另外介紹），always組合邏輯塊中多用阻塞賦值=； 在仿真電路時(shí)，initial 塊中一般多用阻塞賦值=。 例如下面代碼中，用assign語(yǔ)句，always組合語(yǔ)句，always時(shí)鐘語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)異或：

module top_module(
    input clk,
    input a,
    input b,
    output wire out_assign,
    output reg out_always_comb,
    output reg out_always_ff   );
assign out_assign=a^b;
    always @(*) begin
       out_always_comb=a^b; 
    end
    always @(posedge clk) begin
       out_always_ff<=a^b; 
    end
endmodule

if 語(yǔ)句格式

if (condition1)       true_statement1 ;
else if (condition2)        true_statement2 ;
else if (condition3)        true_statement3 ;
else                      default_statement ;

如果只有兩種情況，就只有if和else。下面用上一節(jié)中MUX2_1做練習(xí)，上一節(jié)中采用了assign的三元運(yùn)算符語(yǔ)句，這里使用always if語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)2選1的功能：

module mux2_1 
(
input wire in1, 
input wire in2, 
input wire sel, 
output reg out 
 ); 
 
 always@(*) begin
 if(sel == 1'b1)//當(dāng)“if...else...”中只有一個(gè)變量時(shí)不需要加“begin...end".但是為了不遺漏，還是加上
 out = in1; //always塊中的組合邏輯關(guān)系時(shí)使用阻塞賦值“=”進(jìn)行賦值
 else
 out = in2;
 end
 endmodule

3-8譯碼器的實(shí)現(xiàn)

從真值表看譯碼器功能：A2A1A0=000-111共8種輸入，對(duì)應(yīng)輸出Y的下標(biāo)，對(duì)應(yīng)下標(biāo)的輸出為1（高電平），其他輸出為0（低電平）。3-8譯碼器的作用：按照之前點(diǎn)亮LED燈的思路，如果一個(gè)I/O端口控制一個(gè)LED燈，那么I/O端口很有可能不夠用，這時(shí)候聰明人就想出用3-8譯碼器的方式，3個(gè)I/O口就可以控制8個(gè)LED。

設(shè)計(jì)規(guī)劃

這個(gè)示例中，繪制波形圖如圖所示。

編寫代碼

module decoder3_8
(
input wire in1 , 
input wire in2 , 
input wire in3 , 
output reg [7:0] out 
);


 always@(*) begin
 //使用"{}"位拼接符將3個(gè)1bit數(shù)據(jù)按照順序拼成一個(gè)3bit數(shù)據(jù)
 if({in1, in2, in3} == 3'b000)
 out = 8'b0000_0001;
 else if({in1, in2, in3} == 3'b001)
 out = 8'b0000_0010;
 else if({in1, in2, in3} == 3'b010)
 out = 8'b0000_0100;
 else if({in1, in2, in3} == 3'b011)
 out = 8'b0000_1000;
 else if({in1, in2, in3} == 3'b100)
 out = 8'b0001_0000;
 else if({in1, in2, in3} == 3'b101)
 out = 8'b0010_0000;
 else if({in1, in2, in3} == 3'b110)
 out = 8'b0100_0000;
 else if({in1, in2, in3} == 3'b111)
 out = 8'b1000_0000;
 else
 out = 8'b0000_0001;
end
 endmodule

代碼中使用always組合邏輯塊。由于if對(duì)應(yīng)的執(zhí)行語(yǔ)句只有一句，可以不使用begin，end但是由于怕以后復(fù)雜代碼會(huì)遺漏，還是選擇加上。always組合邏輯使用阻塞語(yǔ)句，用=進(jìn)行賦值。

上面RTL代碼綜合出的RTL視圖：

編寫testbench

`timescale 1ns/1ns
module tb_decoder3_8();


//reg define
reg in1;
reg in2;
reg in3;
wire [7:0] out;


 //初始化輸入信號(hào)
 initial begin
 in1 <= 1'b0;
 in2 <= 1'b0;
 in3 <= 1'b0;
 end


 always #10 in1 <= {$random} % 2;
 always #10 in2 <= {$random} % 2;
 always #10 in3 <= {$random} % 2;
 //-------------decoder3_8_inst----------------
 decoder3_8 decoder3_8_ins
 (
 .in1(in1), 
 .in2(in2), 
 .in3(in3), 
 .out(out) 
 );


 endmodule

經(jīng)過兩個(gè)實(shí)例后，testbench已經(jīng)超級(jí)熟悉了吧。

對(duì)比波形

看看波型：

驗(yàn)證了波形的正確性