Verilog連續(xù)輸入數(shù)據(jù)處理

1、連續(xù)輸入數(shù)據(jù)處理一，題目 對題目的說明： 1，當Start信號變?yōu)榈偷臅r候，表示輸入數(shù)據(jù)無效，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。 2，當Rst信號變?yōu)榈偷臅r候，系統(tǒng)復(fù)位。 3，數(shù)據(jù)輸入的過程中，系統(tǒng)可以在任意時刻復(fù)位。 4，輸入數(shù)據(jù)人為地不超過20個。二，設(shè)計思想概述考慮到這是一個時序題目，這就涉及到結(jié)果的輸出延時問題。是在數(shù)據(jù)輸入結(jié)束后立刻流出結(jié)果，還是允許延時若干時鐘周期后再流出結(jié)果，要根據(jù)具體的性能要求來決定。在我們小組的設(shè)計中，采取盡快流出結(jié)果的設(shè)計方式。即當輸入8位全零的數(shù)據(jù)時，在時鐘下一拍就可以得到計算結(jié)果。借鑒計算機體系結(jié)構(gòu)中的流水的思想，可以考慮數(shù)據(jù)一邊輸入一邊送入相關(guān)的功能部件進行計算，主要

2、是加法器和乘法器。應(yīng)該盡可能選擇低位數(shù)的加法器和乘法器以減少設(shè)計成本。本實驗共涉及到3個加法器和2個乘法器。加法器分別是11位，14位和18位。乘法器分別是8位和18位。三，各站的描述 基本的數(shù)據(jù)流程如下，觸發(fā)器由一個時鐘clk統(tǒng)一控制。數(shù)據(jù)選擇器在此沒有畫出。四，F(xiàn)SM圖示描述 全部程序共包括9個狀態(tài)，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)是否為全零來判斷選擇狀態(tài)的轉(zhuǎn)化。初始狀態(tài)設(shè)置為State0。StateY, StateY3, StateY4分別是運算狀態(tài)。五，程序描述部分 1，主程序代碼主要部分 （1）以下是FSM控制流程always(present_state or Serial_in) begin case

3、(present_state) State0: begin Sel=3'b000; if(!Serial_in) Next_state=State0; else Next_state=State1; end State1: begin if(!Serial_in) Next_state=StateY; else Next_state=State2; endState2: begin if(!Serial_in) Next_state=StateY; else Next_state=State3; end State3: begin if(!Serial_in) Next_state=S

4、tateY3; else Next_state=State4; end State4: begin if(!Serial_in) Next_state=StateY4; else Next_state=State5; end State5: begin if(!Serial_in) Next_state=StateY; else Next_state=State5; end StateY: /output process begin Sel=3'b100; Next_state=State0; end StateY3: begin Sel=3'b010; Next_state=

5、State0; end StateY4: begin Sel=3'b001; Next_state=State0; end default: Next_state=State0; endcase end （2）數(shù)據(jù)通路代碼always(posedge clk) begin if(!Rst) begin Z0<=8'b0; Z4<=14'b0; Z5<=19'b0; Z6<=11'b0; present_state<=State0; / state jump end else begin if(!Start) begin Z0

6、<=8'b0; Z4<=14'b0; Z5<=19'b0; Z6<=11'b0; present_state<=State0; end else Z0<=Serial_in; Z4<=Z3; Z5<=Z2; Z6<=Z1; present_state<=Next_state; end end （3）內(nèi)部寄存器之間關(guān)系代碼 always(Z0 or Z4 or Z5 or Z6 or Rst or Start) /data process begin if(!Rst)|(!Start) begin Z1&

7、lt;=10'b0; Z2<=18'b0; Z3<=13'b0; end else Z1<=Z0+Z6; Z2<=Z0*Z6+Z5; Z3<=Z07:4*Z03:0+Z4; end 2，測試碼程序部分 timescale 10ns/1ns /define time module test; reg7:0 Serial_in; reg Start,Rst; reg clk; wire13:0 Y; wire17:0 Y3; wire18:0 Y4; parameter Delay=10; /delay parametermainprogram

8、 FSM_DATA(Y,Y3,Y4,Done,Serial_in,clk,Rst,Start); always #(Delay/2) clk=clk; /set clk initial /initial process begin clk=1; Rst=0; Start=0; Serial_in=8'b0; #(0.1*Delay) Start=1; Rst=1; #Delay Serial_in= 8'b0100_0010; #Delay Serial_in= 8'b0001_0010; #Delay Serial_in= 8'b1000_0010; #(0.

9、2*Delay) Rst=0; #Delay Rst=1; #(0.1*Delay) Serial_in= 8'b0010_0010; #Delay Serial_in= 8'b0001_0100; #Delay Serial_in= 8'b0000_0000; #Delay Rst=0; #Delay Rst=1; #(2*Delay) Serial_in= 8'b0000_0101; #Delay Serial_in= 8'b0000_0011; #Delay Serial_in= 8'b0001_0010; #Delay Serial_in

10、= 8'b0000_0000; #Delay Rst=0; #Delay Rst=1; #(2*Delay) Serial_in= 8'b0000_0010; #Delay Serial_in= 8'b0000_0011; #Delay Serial_in= 8'b0001_0000; #Delay Serial_in= 8'b0000_1011; #Delay Serial_in= 8'b0000_0000; #Delay Rst=0; #Delay Rst=1; #(2*Delay) Serial_in= 8'b0001_0010;

11、#Delay Serial_in= 8'b0010_0011; #Delay Serial_in= 8'b0010_0100; #Delay Serial_in= 8'b0100_0111; #Delay Serial_in= 8'b0110_0101; #Delay Serial_in= 8'b0000_0000; #(30*Delay) $finish; endinitial $monitor ($time,"Serial_in=%b Y=%b Y3=%b Y4=%b",Serial_in,Y,Y3,Y4); endmodule六

12、，仿真波形比較 選用仿真軟件：ModelSim SE 根據(jù)前面的測試碼的輸入驗證邏輯功能Serial_in= 8b0010_0010; Serial_in= 8'b0001_0100; Serial_in= 8b0000_0000； 按邏輯結(jié)果為2*2+1*4=8 二進制結(jié)果為：1000 仿真波形如下： Serial_in= 8'b0000_0101; Serial_in= 8'b0000_0011; Serial_in= 8b0001_0010； Serial_in= 8b0000_0000； 按邏輯結(jié)果為=5*3+5*18+3*18=159； 二進制結(jié)果為：1001

13、1111 仿真波形如下： Serial_in= 8'b0000_0010; Serial_in= 8'b0000_0011; Serial_in= 8'b0001_0000; Serial_in= 8'b0000_1011; Serial_in= 8'b0000_0000; 邏輯結(jié)果為：2*3+2*16+2*11+3*16+3*11+16*11=317二進制：100111101 仿真波形如下： 通過仿真可以看出，基本的邏輯功能得到了正確的實現(xiàn)，而且數(shù)據(jù)一旦輸入完畢，結(jié)果在時鐘下一拍立刻輸出，實時性得到了證實。七，RTL級電路Software： Synpl

14、ify Pro Technology： Altera MAX9000Port： EPM9320Frequency： 100MHz八，結(jié)果設(shè)計分析1, 邏輯級數(shù)比較長，延時可能比較大2，3個加法器，2個乘法器3，4個數(shù)據(jù)選擇器，3個三態(tài)門4，4個D觸發(fā)器，1個ROM5，基本邏輯功能得到實現(xiàn)綜合后的圖和與預(yù)計的圖相比較相差不大，綜合后的圖所用器件不多，綜合頻率很高，能夠很好地節(jié)約成本，從邏輯結(jié)構(gòu)上來看電路也得到了優(yōu)化。九，幾點設(shè)計感悟1， 很多的方面需要考慮，遇到了很多沒有想到的問題，只有做過才會知道。For example不同always語句中不能對同一個變量賦值，仿真沒有錯誤，綜合時才發(fā)現(xiàn)。連

15、續(xù)賦值和阻塞賦值不能寫在一個循環(huán)里等等。2， 多請教一些老師朋友對自己的設(shè)計會有很大幫助。3， 對仿真綜合軟件的使用參考一些書籍，盡快熟練掌握軟件使用。附錄（主程序源代碼）：module mainprogram(Y,Y3,Y4,Done,Serial_in,clk,Rst,Start); input7:0 Serial_in; / 8 bit input input clk,Start,Rst; output Y,Y3,Y4,Done; / output signals reg Done; reg2:0 Sel; /select signal reg13:0 Y; reg17:0 Y3; re

16、g18:0 Y4; reg7:0 Z0; reg10:0 Z1,Z6; reg18:0 Z2,Z5; reg13:0 Z3,Z4; /inner register define reg3:0 present_state, Next_state; /state define parameter State0= 4'b0000, /gray code State1= 4'b0001, State2= 4'b0011, State3= 4'b0010, State4= 4'b0110, State5= 4'b0100, StateY= 4'b1

17、100, StateY3=4'b1000, StateY4=4'b1001; always(posedge clk) /or negedge Rst or negedge Start) begin if(!Rst) begin Z0<=8'b0; Z4<=14'b0; Z5<=19'b0; Z6<=11'b0; present_state<=State0; / state jump end else begin if(!Start) begin Z0<=8'b0; Z4<=14'b0; Z

18、5<=19'b0; Z6<=11'b0; present_state<=State0; end /Start=0 then jump to state else Z0<=Serial_in; Z4<=Z3; Z5<=Z2; Z6<=Z1; /inner register relation present_state<=Next_state; end end always(Z0 or Z4 or Z5 or Z6 or Rst or Start) /data process begin if(!Rst)|(!Start) begin

19、 Z1<=10'b0; Z2<=18'b0; Z3<=13'b0; end else Z1<=Z0+Z6; Z2<=Z0*Z6+Z5; Z3<=Z07:4*Z03:0+Z4; end always(present_state or Serial_in) begin case(present_state) State0: /initial process begin Sel=3'b000; if(!Serial_in) Next_state=State0; else Next_state=State1; / state jump

20、 end State1: begin if(!Serial_in) Next_state=StateY; else Next_state=State2; end State2: begin if(!Serial_in) Next_state=StateY; else Next_state=State3; end State3: begin if(!Serial_in) Next_state=StateY3; else Next_state=State4; end State4: begin if(!Serial_in) Next_state=StateY4; else Next_state=State5; end State5: begin if(!Serial_in) Next_state=StateY; else Next_state=State5; end StateY: /output process begin Sel=3'b100; Next_state=State0; end