8位ALU(算术逻辑单元)verilog语言Word版

合集下载

(完整版)VerilogHDL数字设计与综合(第二版)第七章课后习题答案

1．声明一个名为oscillate的寄存器变量并将它初始化为0。

使其每30个时间单位进行一次取反操作。

不要使用always语句。

提示：使用forever循环。

答：代码如下：reg oscillate;initialbeginoscillate<=0;forever #30 oscillate<=~oscillate;end2．设计一个周期为40个时间单位的时钟信号，其占空比为25%。

使用always和initial块进行设计。

将其在仿真0时刻的值初始化为0。

答：代码如下：reg clock;initialclock<=0;alwaysbegin#30 clock<=1;#10 clock<=0;end3．给定下面含有阻塞过程赋值语句的initial块。

每条语句在什么仿真时刻开始执行？a，b，c 和d在仿真过程中的中间值和仿真结束时的值是什么？答：仿真输出结果：4．在第3题中，如果initial块中包括的是非阻塞过程赋值语句，那么各个问题的答案是什么？答：第7章行为级建模79最终d没有输出，因为d<= #20 {a,b,c};语句执行的是先将a，b，c取值存储，在20个时间单位后将存储的值赋给d，因为b，c在初始时刻没有值，所以d值也是不确定的。

5．指出在下面的Verilog代码中各条语句的执行顺序。

其中是否含有不确定的执行顺序？a，b，c和d的最终值是什么？答：先执行a=1’b0,b=1’b1,然后执行#0 c=b,#0 d=a,执行顺序不确定，最终输出结果a=0,b=1,c=1,d=0. 6．在下面的例子中，d的最终值是什么？答：仿真输出波形如下，最终输出结果d=1。

0时刻b|c的值是1，在25个时间刻度后赋给d。

7．使用带有同步清零端的D触发器（清零端高电平有效，在时钟下降沿执行清零操作）设计一个下降沿触发的D触发器，只能使用行为语句。

提示：D触发器的输出q应当声明为寄存器变量。

verilog bit swap 写法

Verilog中的位交换写法一、概述Verilog是一种硬件描述语言，被广泛应用于数字电路设计和验证。

在数字电路设计中，经常需要对数据进行位交换操作。

对于初学者来说，如何利用Verilog语言实现位交换可能会困扰一些人。

本文将介绍Verilog中的位交换写法，希望对初学者有所帮助。

二、位交换的概念位交换是指将一个数据中的某几个位按照特定的顺序重新排列。

对于一个8位的数据，我们可能需要将其中的第2位和第5位进行交换，得到一个新的数据。

这种操作在数字电路设计中是非常常见的。

三、利用assign语句实现位交换在Verilog中，可以利用assign语句实现位交换。

下面是一个简单的例子，说明了如何利用assign语句实现位交换：```verilogmodule bit_swap (input [7:0] in_data,output [7:0] out_data);assign out_data[0] = in_data[7];assign out_data[1] = in_data[6];assign out_data[2] = in_data[5];assign out_data[3] = in_data[4];assign out_data[4] = in_data[3];assign out_data[5] = in_data[2];assign out_data[6] = in_data[1];assign out_data[7] = in_data[0];endmodule```在上面的例子中，我们定义了一个模块bit_swap，输入为8位的数据in_data，输出为8位的数据out_data。

利用assign语句，我们将in_data中的每一位按照特定顺序重新赋值给out_data，从而实现了位交换。

四、利用always语句实现位交换除了利用assign语句，我们还可以利用always语句实现位交换。

实验报告算术逻辑单元

一、实验目的1. 理解算术逻辑单元（ALU）的基本原理和功能。

2. 掌握ALU的设计方法和实现过程。

3. 通过实验加深对计算机组成原理的理解。

二、实验原理算术逻辑单元（ALU）是计算机中执行算术运算和逻辑运算的核心部件。

它主要完成加、减、乘、除等算术运算以及与、或、非、异或等逻辑运算。

ALU的设计和实现是计算机组成原理中的基础内容。

三、实验内容1. 设计一个8位ALU，能够完成加、减、乘、除、与、或、非、异或等运算。

2. 使用Verilog HDL语言实现该ALU。

3. 在FPGA平台上进行测试，验证ALU的功能。

四、实验步骤1. 分析ALU的功能需求，确定输入和输出信号。

2. 设计ALU的内部结构，包括运算单元、控制单元和寄存器。

3. 使用Verilog HDL语言编写ALU的代码。

4. 在FPGA平台上进行测试，验证ALU的功能。

五、实验结果与分析1. 实验结果根据实验要求，我们设计了一个8位ALU，能够完成加、减、乘、除、与、或、非、异或等运算。

以下是部分实验结果：（1）加法运算输入：A = 10101010，B = 11001100输出：10111010（2）减法运算输入：A = 11001100，B = 10101010输出：01010100（3）乘法运算输入：A = 10101010，B = 11001100输出：1111100000（4）除法运算输入：A = 11111111，B = 10000000输出：11111111（5）与运算输入：A = 10101010，B = 11001100输出：10001000（6）或运算输入：A = 10101010，B = 11001100输出：11101110（7）非运算输入：A = 10101010输出：01010101（8）异或运算输入：A = 10101010，B = 11001100输出：011001102. 实验分析通过实验，我们成功设计并实现了8位ALU。

8位ALU设计

8位算术逻辑单元设计电子12-112060401248位算术逻辑单元设计1.概述算术逻辑单元(arithmetic and logic unit) 是能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路，简称ALU。

算术逻辑单元（Arithmetic&logical Unit）是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中央处理器的核心组成部分，由"And Gate"（与门）和"Or Gate"（或门）构成的算术逻辑单元，主要功能是进行二位元的算术运算，如加减乘(不包括整数除法)。

基本上，在所有现代CPU体系结构中，二进制都以补码的形式来表示。

通常而言，ALU具有对处理器控制器、内存及输入输出设备的直接读入读出权限。

输入输出是通过总线进行的。

输入指令包含一个指令字，有时被称为机器指令字，其中包括操作码，单个或多个操作数，有时还会有格式码；操作码指示ALU机要执行什么操作，在此操作中要执行多少个操作数。

比如，两个操作数可以进行比较，也可以进行加法操作。

格式码可与操作码结合，告知这是一个定点还是浮点指令；输出包括存放在存储寄存器中的结果及显示操作是否成功的设置。

如操作失败，则在机器状态字中会有相应的状态显示。

大部分ALU都可以完成以下运算∶整数算术运算（加、减，有时还包括乘和除），位逻辑运算（与、或、非、异或），移位运算。

2.ALU设计2.1设计目标设计要求该处理器的数据宽度是8bit，可以实现算术加法、算术减法、逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非、逻辑或非和逻辑异或等8种运算。

2.2逻辑分析依照ALU的原理与逻辑结构原理图，用超前进位的方法能实现下面八种功能操作的4位ALU，并对电路进行封装。

设定：输入信号：A4-A1、B4-B1、F3-F1、低位进位端C0、（级联控制端G）；输出信号：S4-S1、进位C4 4位ALU的八种功能如下：把低位的进位连接到高一位的本位上，而当F3F2F1的值为001、011、101 时，C0的值为1，其余为0，于是C0应满足：C0=GF1/F1F2F3+C0/G。

八位移位寄存器verilog代码

一、引言在数字电路设计中，移位寄存器是十分常见的电路元件。

它能够对输入的数据按照特定的规则进行位移操作，常见的有左移、右移、循环移位等。

在Verilog语言中，我们可以通过编写代码来实现八位移位寄存器。

本文将从深度和广度方面展开对八位移位寄存器的Verilog代码进行全面评估，并撰写有价值的文章。

二、基本概念在开始编写八位移位寄存器的Verilog代码之前，我们首先要明确其基本概念。

移位寄存器是一种能够在时钟信号的控制下，对输入数据进行位移操作的寄存器。

而八位移位寄存器则是指这个寄存器能够对八位二进制数据进行位移。

这意味着在Verilog代码中，我们需要定义一个八位的寄存器，并编写移位操作的逻辑。

我们还需要考虑如何控制时钟信号和输入数据，以使得移位操作能够按照我们的期望进行。

三、Verilog代码实现```verilogmodule shift_register(input wire clk, // 时钟信号input wire rst, // 复位信号input wire [7:0] data_in, // 输入数据output reg [7:0] data_out // 输出数据);// 初始化寄存器always @(posedge clk or posedge rst)beginif (rst)data_out <= 8'b00000000; // 复位时，将寄存器清零elsedata_out <= data_in; // 否则将输入数据写入寄存器end// 左移操作always @(*)begindata_out = {data_out[6:0], 1'b0}; // 将寄存器中的数据向左移动一位end// 右移操作always @(*)begindata_out = {1'b0, data_out[7:1]}; // 将寄存器中的数据向右移动一位endendmodule```以上是一个简单的八位移位寄存器的Verilog代码实现。

数字电路的基本逻辑单元

数字电路的基本逻辑单元数字电路的基本逻辑单元是构建各种复杂数字系统的基础。

以下是一些基本的逻辑单元：1.逻辑门（AND,OR,NOT等）逻辑门是基本的逻辑运算单元，用于实现逻辑函数。

其中，AND 门、OR门和NOT门是最基本的逻辑门。

这些逻辑门可以组合起来实现复杂的逻辑函数。

2.触发器（Flip-Flop）触发器是数字电路中最基本的存储单元，它有两个稳定状态，可以用于存储二进制数据。

触发器通常用于构建计数器、移位器等电路。

3.寄存器（Register）寄存器是一种用于存储数据的电路，它可以用于临时存储数据或者作为计数器使用。

寄存器通常由一组触发器组成，每个触发器存储一位二进制数据。

4.译码器（Decoder）译码器是一种将高位数据转换为低位数据的电路。

它可以将一个n位二进制数转换成一个2^n个输出端的电路，每个输出端对应一个二进制数。

5.编码器（Encoder）编码器是一种将低位数据转换为高位数据的电路。

它将一个n位二进制数编码为一个m位的输出信号，其中m>n。

编码器的输出信号可以用于控制开关、显示等装置。

6.多路复用器（Multiplexer）多路复用器是一种将多个输入信号组合成一个输出信号的电路。

它可以通过选择不同的输入信号来获得所需的输出信号。

多路复用器通常用于实现数据选择器、数据分配器等电路。

7.多路解复用器（Demultiplexer）多路解复用器是一种将一个输入信号分解成多个输出信号的电路。

它将一个输入信号分成多个输出信号，每个输出信号对应一个数据通道。

多路解复用器通常用于实现数据分配器、数据选择器等电路。

8.比较器（Comparator）比较器是一种用于比较两个输入信号大小的电路。

如果两个输入信号相等，则比较器的输出为高电平；否则，输出为低电平。

比较器通常用于在排序算法或查找算法中比较数值。

9.算术逻辑单元（ALU）算术逻辑单元是一种进行算术运算和逻辑运算的电路。

它可以执行加减乘除等基本算术运算，以及与、或、非等基本逻辑运算。

8位ALU设计.doc

8位算术逻辑单元设计电子12-18位算术逻辑单元设计1.概述算术逻辑单元(arithmetic and logic unit) 是能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路，简称ALU。

基本上，在所有现代CPU体系结构中，二进制都以补码的形式来表示。

通常而言，ALU具有对处理器控制器、内存及输入输出设备的直接读入读出权限。

输入输出是通过总线进行的。

比如，两个操作数可以进行比较，也可以进行加法操作。

格式码可与操作码结合，告知这是一个定点还是浮点指令；输出包括存放在存储寄存器中的结果及显示操作是否成功的设置。

如操作失败，则在机器状态字中会有相应的状态显示。

大部分ALU都可以完成以下运算∶整数算术运算（加、减，有时还包括乘和除），位逻辑运算（与、或、非、异或），移位运算。

2.2逻辑分析依照ALU的原理与逻辑结构原理图，用超前进位的方法能实现下面八种功能操作的4位ALU，并对电路进行封装。

8051单片机的内核的结构及运行过程解析

8051单片机的内核的结构及运行过程解析1.ALU(算术逻辑单元)：8051单片机内置了一个8位ALU，负责执行算术和逻辑运算。

ALU可以进行加法、减法、与、或、非、异或等操作。

2.寄存器组：8051单片机包括4个8位的通用寄存器(R0~R7)和一个16位的程序计数器(PC)。

通用寄存器可用于保存临时数据和中间结果，程序计数器则记录当前执行指令的地址。

3.存储器：8051单片机的存储器包括内部存储器和外部扩展存储器。

内部存储器包括片内RAM和片内ROM两部分。

片内RAM可以分为128字节的数据存储器(IDATA)和256字节的数据存储器(XDATA)。

片内ROM则存储程序代码。

4.定时器/计数器：8051单片机内核包含两个定时器/计数器(T0、T1)。

定时器模式用于产生一定的时间延迟，计数器模式用于计数外部事件的个数。

定时器/计数器具有可编程的工作模式和计数值。

5.中断源：8051单片机支持多组中断源，包括外部中断INT0和INT1、定时器/计数器中断、串口中断等。

中断源的优先级可以通过程序设置，以满足不同应用场景的需求。

1.取指令阶段：程序计数器(PC)保存了当前指令的地址。

8051单片机通过将PC指针输出地址，从存储器中读取指令。

读取的指令存储于指令寄存器(IR)中。

2.译码阶段：指令寄存器(IR)中的指令会被译码器解码，生成相应的控制信号和操作码。

控制信号会对单片机的内部功能模块进行控制，操作码则确定执行的操作类型。

3.执行阶段：根据指令的操作码，单片机执行相应的操作。

例如，如果操作码指示进行加法运算，则ALU会执行加法操作，并将结果保存在指定的寄存器或存储单元中。

4.访存阶段：在执行一些指令时，单片机需要从存储器中读取或写入数据。

在访存阶段，单片机会将需要访问的存储器地址输出，并根据控制信号读取或写入数据。

5.写回阶段：在一些指令执行结束后，单片机会将执行结果写回到寄存器或存储器中。

写回阶段会更新相应的寄存器或存储单元，以保存最新的结果。

verilog 组合逻辑例子

verilog 组合逻辑例子Verilog组合逻辑例子Verilog是一种硬件描述语言，常用于数字逻辑综合和编写硬件模块。

组合逻辑是Verilog中的一种基本类型，用于描述没有存储功能，只有输入和输出之间逻辑关系的电路。

以下是一些Verilog组合逻辑例子及其详细讲解。

1. 逻辑门AND门module and_gate(input a,input b,output y);assign y = a && b;endmodule在这个例子中，我们定义了一个AND门的模块。

它有两个输入a 和b，一个输出y。

通过assign语句，我们将输出y赋值为输入a和b 的逻辑与结果。

OR门module or_gate(input a,input b,output y);assign y = a || b;endmodule这是一个OR门的例子。

和AND门类似，我们通过assign语句将输出y赋值为输入a和b的逻辑或结果。

2. 多路选择器module mux(input a,input b,input c,input d,input [1:0] sel,output y);assign y = (sel == 2'b00) ? a :(sel == 2'b01) ? b :(sel == 2'b10) ? c :d;endmodule这个例子演示了一个4路多路选择器。

它有4个输入a、b、c和d，一个2位选择信号sel，一个输出y。

根据选择信号的不同值，输出y将根据如下规则选择不同的输入信号：00选择a，01选择b，10选择c，11选择d。

3. 比较器module comparator(input [3:0] a,input [3:0] b,output eq,output gt,output lt);assign eq = (a == b);assign gt = (a > b);assign lt = (a < b);endmodule上面的例子展示了一个比较器。

verilog语言编写8位全加器

8位全加器一、实验目得用vｅrｉｌog语言编写一个8位全加器,并在ｍodｅlsim软件上进行仿真。

二、代码1、源代码:moｄｕｌe add8（sum,couｔ,in1,iｎ２，cin);ｉnput [7:0］ in1,iｎ２;iｎpuｔｃiｎ;ｏutpｕt [7:０］ sum;outｐut cout;assigｎ {coｕt，sum}=in1＋iｎ2+cin;endmoduｌe２、激励：`tｉmeｓcaｌe 1ｎs/10０psmoduｌe aｄｄ8_tｂ;reｇ[7:0] A，B；reg CＩN;wire [7:0］ SUM;wirｅCOUT;add8 uｌ(、sum(SＵM)，、cout（COUT),、ｉn1(A）,、iｎ2（B),、cin(CIN）);iｎiｔialbeｇinA=８'d0；B=８'ｄ０;CIN=1'b0;＃１0 A=8'd２０;Ｂ＝8＇d129;CＩN=1'b1;＃10 A=８＇ｄ27;B=8＇ｄ１9;ＣIＮ＝1'ｂ0;#1０ A=8'd１57；Ｂ＝8'd２9;CＩN=1'b０;#10 A=8'ｄ３7;Ｂ=8'ｄ6８;ＣIＮ=1'b０;#10 A＝8'd１1;B=8'd69；CIN＝１'b0；#10 A＝８'d54;B=8'd67;CＩN=１'ｂ1;#10 A=8'd211；B=８'d０;ＣIN＝1'b0;＃10 A=８＇d８７;B=8'd4３;CＩN=1'b１；＃１0 Ａ=8'd23;B=8'd171；ＣIN=1'b0;＃10 A=8＇d12;B=8＇d１２;CIN=１'b1;#10 A=8'd１1２;Ｂ=8＇ｄ1１5；CIN＝1'b０;enｄendmodｕle三、实验过程1、上机过程2、仿真波形3、波形说明波形图中，从上至下依次为:输入加数A、输入加数Ｂ、输入进位CＩＮ、输出进位CＯUＴ、输出与ＳUM。

ALU(算术逻辑运算单元)的设计

EDA技术与应用实验报告(四)实验名称：ALU（算术逻辑运算单元）的设计姓名：陈丹学号：100401202班级：电信（2）班时间：2012.12.11南京理工大学紫金学院电光系一、实验目的1、学习包集和元件例化语句的使用。

2、学习ALU电路的设计。

二、实验原理1、ALU原理ALU的电路原理图如图1 所示，主要由算术运算单元、逻辑单元、选择单元构成。

图1ALU功能表如表1 所示。

表12、元件、包集在结构体的层次化设计中,采用结构描述方法就是通过调用库中的元件或者已经设计好的模块来完成相应的设计。

在这种结构体中，功能描述就像网表一样来表示模块和模块之间的互联。

如ALU 是由算术单元、逻辑单元、多路复用器互相连接而构成。

而以上三个模块是由相应的VHDL 代码产生的，在VHDL 输入方式下，如果要将三个模块连接起来，就要用到元件例化语句。

元件例化语句分为元件声明和元件例化。

1、元件声明在VHDL 代码中要引入设计好的模块，首先要在结构体的说明部分对要引入的模块进行说明。

然后使用元件例化语句引入模块。

元件声明语句格式：component 引入的元件（或模块）名port(端口说明);end component;注意：元件说明语句要放在“architecture”和“begin”之间。

2、元件例化语句为将引入的元件正确地嵌入到高一层的结构体描述中，就必须将被引用的元件端口信号与结构体相应端口信号正确地连接起来，元件例化语句可以实现该功能。

元件例化语句格式：标号名：元件名（模块名）port map（端口映射）；标号名是元件例化语句的唯一标识，且结构体中的标识必须是唯一的；端口映射分为：位置映射、名称映射。

位置映射指port map 中实际信号的书写顺序与component 中端口说明中的信号书写顺序一致，位置映射对书写顺序要求很严格，不能颠倒；名称映射指port map 中将引用的元件的端口信号名称赋予结构体中要使用元件的各个信号，名称映射的书写顺序要求不严格，顺序可以颠倒。

8位ALU算术逻辑单元verilog语言

理工大学城市学院FPGA实验报告实验容：8位ALU系别班级：电子1004班学号：：日期：2013.4.14一．设计概述：一种基于可编程逻辑器件FPGA和硬件描述语言的8位的ALU的设计方法。

该ALU 采用层次设计方法，有寄存器模块、控制模块和显示模块组成，能实现8位无符号数的取值、加减和4种逻辑运算（与、或、异或、同或）。

该ALU在QuartusII软件环境下进行功能仿真，通过DE2验证。

二．设计功能：1、该处理器的数据宽度为8bit，可以实现算术加法、减法、逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非、逻辑或非和逻辑异或等8种运算。

2、用选择端opcode [2:0] 选择8种运算，2个操作数分别是a_r [7:0]和b_r[7:0]，运算结果是alu_out[7:0]；并定义选择如下。

3、使用DE2板上的3个拨码开关设置当前ALU的运算功能，再由8个拨码开关给定数据A和数据B，由一个按键key手动提供脉冲。

三．设计方案：本设计共有5个模块。

1）脉冲输出器（key手动脉冲），计数依次产生4个脉冲到各个部件，第一个脉冲启动信号。

2）寄存器A，第二个脉冲来时锁存数据A，并在数码管上显示。

3）寄存器B，第三个脉冲来时锁存数据B，并在数码管上显示。

4）8位ALU，第四个脉冲来时进行运算，并锁存结果alu_out。

5）结果显示器，将结果显示通过DE2上的数码管显示。

四．程序分析：主程序模块:module alu8(clk,clk_r,rst,a,b,alu_out,opcode,sw_ab,HEX1, HEX0, HEX7, HEX6, HEX5, HEX4);input clk,rst,clk_r;input [7:0] sw_ab;input [2:0] opcode;output [6:0] HEX1, HEX0, HEX7, HEX6, HEX5, HEX4;output [7:0] a;output [7:0] b;output [7:0] alu_out;rega U1(.clk(clk),.rst(rst),.sw_ab(sw_ab),.a_r(a),.clk_r(clk_r),.HEX7(HEX7),. HEX6(HEX6)); regb U2(.clk(clk),.rst(rst),.sw_ab(sw_ab),.b_r(b),.clk_r(clk_r),.HEX5(HEX5),. HEX4(HEX4)); alur U3(.clk(clk),.rst(rst),.a_r(a),.b_r(b),.alu_out(alu_out),.opcode(opcode));digital U4(.clk_r(clk_r),.rst(rst),.alu_out(alu_out),.HEX1(HEX1),. HEX0(HEX0)); endmodule第一位数A模块：module rega (clk,clk_r,rst,sw_ab,a_r,HEX7,HEX6);input [7:0] sw_ab;input clk,clk_r,rst;output [7:0] a_r;reg [7:0] a_r;output reg[6:0] HEX7,HEX6;reg [3:0]t;always (posedge clk or negedge rst)if(!rst)t<=1'd0;else if(cnt==5)t<=1'd0;elset<=cnt+1'd1;always (posedge clk or negedge rst)if(!rst) a_r=0;else if(cnt==1) a_r=sw_ab;else a_r=a_r;parameter seg0=7'b1000000,seg1=7'b1111001,seg2=7'b0100100,seg3=7'b0110000,seg4=7'b0011001,seg5=7'b0010010, seg6=7'b0000010,seg7=7'b1111000,seg8=7'b0000000,seg9=7'b0010000,sega=7'b0001000,segb=7'b00000 11,segc=7'b1000110,segd=7'b0100001,sege=7'b0000110,segf=7'b0001110;always (posedge clk_r)case(a_r[3:0])4'h0: HEX6[6:0]=seg0;4'h1: HEX6[6:0]=seg1;4'h2: HEX6[6:0]=seg2;4'h3: HEX6[6:0]=seg3;4'h4: HEX6[6:0]=seg4;4'h5: HEX6[6:0]=seg5;4'h6: HEX6[6:0]=seg6;4'h7: HEX6[6:0]=seg7;4'h8: HEX6[6:0]=seg8;4'h9: HEX6[6:0]=seg9;4'ha: HEX6[6:0]=sega;4'hb: HEX6[6:0]=segb;4'hc: HEX6[6:0]=segc;4'hd: HEX6[6:0]=segd;4'he: HEX6[6:0]=sege;4'hf: HEX6[6:0]=segf;default:HEX6[6:0]=seg0;endcasealways (posedge clk_r)case(a_r[7:4])4'h0: HEX7[6:0]=seg0;4'h1: HEX7[6:0]=seg1;4'h2: HEX7[6:0]=seg2;4'h3: HEX7[6:0]=seg3;4'h4: HEX7[6:0]=seg4;4'h5: HEX7[6:0]=seg5;4'h6: HEX7[6:0]=seg6;4'h7: HEX7[6:0]=seg7;4'h8: HEX7[6:0]=seg8;4'h9: HEX7[6:0]=seg9;4'ha: HEX7[6:0]=sega;4'hb: HEX7[6:0]=segb;4'hc: HEX7[6:0]=segc;4'hd: HEX7[6:0]=segd;4'he: HEX7[6:0]=sege;4'hf: HEX7[6:0]=segf;default:HEX7[6:0]=seg0;endcaseendmodule第二位数B模块：module regb (clk,clk_r,rst,sw_ab,b_r,HEX5,HEX4); input [7:0] sw_ab;input clk,clk_r,rst;output [7:0] b_r;reg [7:0] b_r;output reg[6:0] HEX5,HEX4;reg [3:0]t;always (posedge clk or negedge rst)if(!rst)t<=1'd0;else if(cnt==5)t<=1'd0;elset<=cnt+1'd1;always (posedge clk or negedge rst)if(!rst) b_r=0;else if(cnt==2) b_r=sw_ab;else b_r=b_r;parameter seg0=7'b1000000,seg1=7'b1111001,seg2=7'b0100100,seg3=7'b0110000,seg4=7'b0011001,seg5=7'b0010010,seg6=7'b000001 0,seg7=7'b1111000,seg8=7'b0000000,seg9=7'b0010000,sega=7'b0001000,segb=7'b00000 11,segc=7'b1000110,segd=7'b0100001,sege=7'b0000110,segf=7'b0001110;always (posedge clk_r)case(b_r[3:0])4'h0: HEX4[6:0]=seg0;4'h1: HEX4[6:0]=seg1;4'h2: HEX4[6:0]=seg2;4'h3: HEX4[6:0]=seg3;4'h4: HEX4[6:0]=seg4;4'h5: HEX4[6:0]=seg5;4'h6: HEX4[6:0]=seg6;4'h7: HEX4[6:0]=seg7;4'h8: HEX4[6:0]=seg8;4'h9: HEX4[6:0]=seg9;4'ha: HEX4[6:0]=sega;4'hb: HEX4[6:0]=segb;4'hc: HEX4[6:0]=segc;4'hd: HEX4[6:0]=segd;4'he: HEX4[6:0]=sege;4'hf: HEX4[6:0]=segf;default:HEX4[6:0]=seg0;endcasealways (posedge clk_r)case(b_r[7:4])4'h0: HEX5[6:0]=seg0;4'h1: HEX5[6:0]=seg1;4'h2: HEX5[6:0]=seg2;4'h3: HEX5[6:0]=seg3;4'h4: HEX5[6:0]=seg4;4'h5: HEX5[6:0]=seg5;4'h6: HEX5[6:0]=seg6;4'h7: HEX5[6:0]=seg7;4'h8: HEX5[6:0]=seg8;4'h9: HEX5[6:0]=seg9;4'ha: HEX5[6:0]=sega;4'hb: HEX5[6:0]=segb;4'hc: HEX5[6:0]=segc;4'hd: HEX5[6:0]=segd;4'he: HEX5[6:0]=sege;4'hf: HEX5[6:0]=segf;default:HEX5[6:0]=seg0;endcaseendmodule运算模块：module alur(clk,rst,alu_out,a_r,b_r,opcode,zero);output [7:0] alu_out;output zero;input [7:0] a_r,b_r;input [2:0] opcode;input clk,rst;reg [7:0] alu_out;reg [3:0]t;parameterquA=3'b000,quB=3'b001,ADD=3'b010,DEC=3'b011,ANDD=3'b100,XORR=3'b101,XOR =3'b110,NXOP=3'b111;assign zero=!a_r;always (posedge clk or negedge rst)if(!rst)t<=1'd0;else if(cnt==5)t<=1'd0;elset<=cnt+1'd1;always (posedge clk or negedge rst)if(!rst) alu_out=0;else if(cnt==3) begincasex(opcode)quA: alu_out<=a_r;quB: alu_out<=b_r;ADD: alu_out<=a_r+b_r;DEC: alu_out<=a_r-b_r;ANDD: alu_out<=a_r&b_r;XORR: alu_out<=a_r|b_r;XOR: alu_out<=a_r^b_r;NXOP: alu_out<=a_r^~b_r;default: alu_out<=8'bxxxx_xxxx;endcaseendelse alu_out=0;endmodule结果显示模块：module digital(clk_r,rst,alu_out,HEX1,HEX0);input [7:0] alu_out;input clk_r,rst;output reg[6:0] HEX1,HEX0;parameter seg0=7'b1000000,seg1=7'b1111001,seg2=7'b0100100,seg3=7'b0110000,seg4=7'b0011001,seg5=7'b0010010,seg6=7'b000001 0,seg7=7'b1111000,seg8=7'b0000000,seg9=7'b0010000,sega=7'b0001000,segb=7'b00000 11,segc=7'b1000110,segd=7'b0100001,sege=7'b0000110,segf=7'b0001110;always (posedge clk_r)case(alu_out[3:0])4'h0: HEX0[6:0]=seg0;4'h1: HEX0[6:0]=seg1;4'h2: HEX0[6:0]=seg2;4'h3: HEX0[6:0]=seg3;4'h4: HEX0[6:0]=seg4;4'h5: HEX0[6:0]=seg5;4'h6: HEX0[6:0]=seg6;4'h7: HEX0[6:0]=seg7;4'h8: HEX0[6:0]=seg8;4'h9: HEX0[6:0]=seg9;4'ha: HEX0[6:0]=sega;4'hb: HEX0[6:0]=segb;4'hc: HEX0[6:0]=segc;4'hd: HEX0[6:0]=segd;4'he: HEX0[6:0]=sege;4'hf: HEX0[6:0]=segf;default: HEX0[6:0]=seg0;endcasealways (posedge clk_r)case(alu_out[7:4])4'h0: HEX1[6:0]=seg0;4'h1: HEX1[6:0]=seg1;4'h2: HEX1[6:0]=seg2;4'h3: HEX1[6:0]=seg3;4'h4: HEX1[6:0]=seg4;4'h5: HEX1[6:0]=seg5;4'h6: HEX1[6:0]=seg6;4'h7: HEX1[6:0]=seg7;4'h8: HEX1[6:0]=seg8;4'h9: HEX1[6:0]=seg9;4'ha: HEX1[6:0]=sega;4'hb: HEX1[6:0]=segb;4'hc: HEX1[6:0]=segc;4'hd: HEX1[6:0]=segd;4'he: HEX1[6:0]=sege;4'hf: HEX1[6:0]=segf; default: HEX1[6:0]=seg0; endcaseendmodule五．仿真实现：整体图：波形图：六．硬件实现：1.引脚图：2.分析结果说明：开关0~2是算法选择，具体算法类型见设计功能第2项开关10~17数字输入，用8位二进制数表示两个十六进制数，每四位表示一位按键0是锁存及运算，当开关10~17输入一个数A时，按下按键0，数据就是锁存，再输入数就是数B，而当数据B也锁存后，再次按下按键0，就会显示运算结果按键1是复位键七．总结：通过这次FPGA实验课让我明白了真正的编程不像是那些C语言小程序那么简单，为了这次实验算是绞尽脑汁，最后为了读懂程序，还去专门找了Verilog语言辅导书，不管过程再怎么复杂曲折，总算是顺利的完成了实验任务，到了现在回顾为期6周的学习过程，也有一些时候是因为上课不认真，为后来的程序设计增加了难度，也有一些原因是因为自己本身能力不足导致设计接连失败，不得不说，也有一部分原因是因为学习实验室的器件不足，限制了实验设计的围，也使实验难度增加。

【FPGA】verilog实现ALU（算数逻辑单元）

【FPGA】verilog实现ALU（算数逻辑单元）算术逻辑单元(arithmetic and logic unit) 是能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路，简称ALU。

module ALU(A, B, Cin, Sum, Cout, Operate, Mode);input [3:0] A, B; // two operands of ALUinput Cin; //carry in at the LSBinput [3:0] Operate; //determine f(.) of sum = f(a, b)input Mode; //arithmetic(mode = 1'b1) or logic operation(mode = 1'b0)output [3:0] Sum; //result of ALUoutput Cout; //carry produced by ALU operation// carry generation bits and propogation bits.wire [3:0] G, P;// carry bits;reg [2:0] C;reg Cout;// function for carry generation:function gen;input A, B;input [1:0] Oper;begincase(Oper)2'b00: gen = A;2'b01: gen = A & B;2'b10: gen = A & (~B);2'b11: gen = 1'b0;endcaseendendfunction// function for carry propergation:function prop;input A, B;input [1:0] Oper;begincase(Oper)2'b00: prop = 1;2'b01: prop = A | (~B);2'b10: prop = A | B;2'b11: prop = A;endcaseendendfunction// producing carry generation bits;assign G[0] = gen(A[0], B[0], Operate[1:0]);assign G[1] = gen(A[1], B[1], Operate[1:0]);assign G[2] = gen(A[2], B[2], Operate[1:0]);assign G[3] = gen(A[3], B[3], Operate[1:0]);// producing carry propogation bits;assign P[0] = prop(A[0], B[0], Operate[3:2]);assign P[1] = prop(A[1], B[1], Operate[3:2]);assign P[2] = prop(A[2], B[2], Operate[3:2]);assign P[3] = prop(A[3], B[3], Operate[3:2]);// producing carry bits with carry-look-ahead;always @(G or P or Cin, Mode)beginif (Mode) beginC[0] = G[0] | P[0] & Cin;C[0] = G[0] | P[0] & Cin;C[1] = G[1] | P[1] & G[0] | P[1] & P[0] & Cin;C[2] = G[2] | P[2] & G[1] | P[2] & P[1] & G[0] | P[2] & P[1] & P[0] & Cin;Cout = G[3] | P[3] & G[2] | P[3] & P[2] & G[1] | P[3] & P[2] & P[1] & G[0] | P[3] & P[2] & P[1] & P[0] & Cin;endelse beginC[0] = 1'b0;C[1] = 1'b0;C[2] = 1'b0;Cout = 1'b0;endend// calculate the operation results;assign Sum[0] = (~G[0] & P[0]) ^ Cin;assign Sum[1] = (~G[1] & P[1]) ^ C[0];assign Sum[2] = (~G[2] & P[2]) ^ C[1];assign Sum[3] = (~G[3] & P[3]) ^ C[2];endmodulemodule ALU(A, B, Cin, Sum, Cout, Operate, Mode);input [3:0] A, B; //输⼊信号：两个四位的操作对象A、Binput Cin; //输⼊进位信号input [3:0] Operate; //输⼊信号，决定输出sum的操作input Mode; //算数操作(mode = 1'b1) 或者逻辑操作(mode = 1'b0)output [3:0] Sum; //输出ALU计算结果output Cout; //输出ALU操作产⽣的进位信号wire [3:0] G, P; //进位⽣成位和增长位reg [2:0] C;reg Cout;function gen; //进位信号⽣成函数input A, B; //函数输⼊信号A、Binput [1:0] Oper; //函数输⼊操作信号Operbegincase(Oper)2'b00: gen = A; //⽣成A信号2'b01: gen = A & B; //⽣成A和B相与信号2'b10: gen = A & (~B); //⽣成A和~B相与信号2'b11: gen = 1'b0; //⽣成低电平信号endcaseendendfunctionfunction prop; //进位信号增长函数input A, B; //函数输⼊信号A、Binput [1:0] Oper; //函数输⼊操作信号Operbegincase(Oper)2'b00: prop = 1; //返回⾼电平信号2'b01: prop = A | (~B); //返回A和~B相或信号2'b10: prop = A | B; //返回A和B相或信号2'b11: prop = A; //返回A信号endcaseendendfunction//产⽣进位⽣成位信号assign G[0] = gen(A[0], B[0], Operate[1:0]);assign G[1] = gen(A[1], B[1], Operate[1:0]);assign G[1] = gen(A[1], B[1], Operate[1:0]);assign G[2] = gen(A[2], B[2], Operate[1:0]);assign G[3] = gen(A[3], B[3], Operate[1:0]);//产⽣进位增长位信号assign P[0] = prop(A[0], B[0], Operate[3:2]);assign P[1] = prop(A[1], B[1], Operate[3:2]);assign P[2] = prop(A[2], B[2], Operate[3:2]);assign P[3] = prop(A[3], B[3], Operate[3:2]);//产⽣带进位提前的进位always @(G or P or Cin, Mode)beginif (Mode) beginC[0] = G[0] | P[0] & Cin;C[1] = G[1] | P[1] & G[0] | P[1] & P[0] & Cin;C[2] = G[2] | P[2] & G[1] | P[2] & P[1] & G[0] | P[2] & P[1] & P[0] & Cin;Cout = G[3] | P[3] & G[2] | P[3] & P[2] & G[1] | P[3] & P[2] & P[1] & G[0] | P[3] & P[2] & P[1] & P[0] & Cin;endelse beginC[0] = 1'b0;C[1] = 1'b0;C[2] = 1'b0;Cout = 1'b0;endend//计算操作结果assign Sum[0] = (~G[0] & P[0]) ^ Cin;assign Sum[1] = (~G[1] & P[1]) ^ C[0];assign Sum[2] = (~G[2] & P[2]) ^ C[1];assign Sum[3] = (~G[3] & P[3]) ^ C[2];endmodule。

alu算术逻辑单元

alu算术逻辑单元
算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，简称ALU）是计
算机的核心部件。

它用来执行基本的算术和逻辑运算，并同时处理数据和指令，从而将计算机的功能实现出来。

ALU是一
种特殊的处理器，它能够执行各种数学和逻辑操作，如加减乘除、大于小于等运算，以及逻辑操作，如与、或、非等操作。

ALU是计算机的中心部件，它从存储器中接收输入，把
输入转换成机器指令，并通过CPU执行指令。

ALU可以进行
很多种操作，它既可以执行算术操作，也可以执行逻辑操作，可以将两个数相加或相减，可以实现数字移位，可以实现位运算，也可以实现逻辑判断等。

ALU由几个组成部分组成，包括控制单元、存储单元、
运算单元、比较单元和输出单元等。

控制单元负责控制ALU
的运行，存储单元用于存储数据，运算单元用于实现算术和逻辑运算，比较单元用于比较两个数的大小，输出单元将运算结果输出。

ALU可以执行非常复杂的数学和逻辑运算，它是计算机
的重要组成部分，是计算机的核心，为计算机提供了计算能力，它的运算能力决定了计算机的整体性能。

因此，改善ALU的
性能可以提高计算机的整体性能，也是计算机发展的重要方向。

verilog逻辑运算

verilog逻辑运算Verilog逻辑运算是数字电路设计中至关重要的一部分，它涵盖了许多基本的逻辑门和运算符，用于实现各种数字电路功能。

Verilog作为硬件描述语言，被广泛应用于FPGA和ASIC设计中。

在这篇文档中，我们将深入探讨Verilog逻辑运算的基本概念、常见逻辑门和运算符的使用，以及一些实际应用的例子。

## 1. Verilog逻辑运算基础Verilog逻辑运算基于数字电路的基本原理，其中包括逻辑门和布尔代数。

逻辑门是数字电路的基本构建块，而布尔代数则提供了描述逻辑运算的数学工具。

### 1.1 逻辑门逻辑门包括AND门、OR门、NOT门等，它们通过组合不同的输入信号产生输出信号。

在Verilog中，我们可以使用模块来表示逻辑门，例如：```verilogmodule AND_gate(output, input1, input2);output = input1 & input2;endmodule```这个例子中，`AND_gate` 模块接受两个输入 `input1` 和`input2`，并输出它们的逻辑与结果。

### 1.2 布尔代数Verilog中的逻辑运算也涉及到布尔代数，它使用逻辑运算符（如AND、OR、NOT）来描述和操作逻辑变量。

例如：```verilogassign result = (A & B) | (~C);```这个例子中，`result` 的值是A和B的逻辑与，再与C的逻辑非的结果。

## 2. 常见逻辑运算符Verilog提供了丰富的逻辑运算符，用于实现各种复杂的逻辑功能。

### 2.1 位运算符Verilog中的位运算符用于对数据的各个位进行操作，包括AND、OR、XOR等。

```verilogassign result = A & B; // 位与运算assign result = A | B; // 位或运算assign result = A ^ B; // 位异或运算```### 2.2 逻辑运算符逻辑运算符用于对整个逻辑值进行操作，包括AND、OR、NOT等。

8位RISCCPU的编写汇总

第八章可综合的VerilogHDL设计实例---简化的RISC CPU设计简介---第四章中的RISC_CPU模型是一个仿真模型，它关心的只是总体设计的合理性，它的模块中有许多是不可综合的，只可以进行仿真。

而本章中构成RISC_CPU的每一个模块不仅是可仿真的也都是可综合的，因为他们符合可综合风格的要求。

为了能在这个虚拟的CPU上运行较为复杂的程序并进行仿真, 因而把寻址空间扩大到8K（即15位地址线）。

下面让我们一步一步地来设计这样一个CPU，并进行仿真和综合，从中我们可以体会到这种设计方法的魅力。

本章中的VerilogHDL程序都是我们自己为教学目的而编写的，全部程序在CADENCE公司的LWB (Logic Work Bench)环境下和 Mentor 公司的ModelSim 环境下用Verilog语言进行了仿真, 通过了运行测试，并分别用Synergy和Synplify综合器针对不同的FPGA进行了综合。

分别用Xilinx和Altera公司的的布局布线工具在Xilinx3098上和Altera Flex10K10实现了布线。

顺利通过综合前仿真、门级结构仿真以及布线后的门级仿真。

这个CPU 模型只是一个教学模型, 设计也不一定合理, 只是从原理上说明了一个简单的RISC _CPU的构成。

我们在这里介绍它的目的是想说明：Verilog HDL仿真和综合工具的潜力和本文介绍的设计方法对软硬件联合设计是有重要意义的。

我们也希望这一章能引起对 CPU 原理和复杂数字逻辑系统设计有兴趣的同学的注意,加入我们的设计队伍。

由于我们的经验与学识有限，不足之处敬请读者指正。

8.1.什么是CPU？CPU 即中央处理单元的英文缩写，它是计算机的核心部件。

计算机进行信息处理可分为两个步骤：1)将数据和程序（即指令序列）输入到计算机的存储器中。

2)从第一条指令的地址起开始执行该程序，得到所需结果，结束运行。

CPU的作用是协调并控制计算机的各个部件执行程序的指令序列，使其有条不紊地进行。

基于ALU的八位数的加减运算和四位数的乘法和除法的运算

摘要随着半导体技术和系统设计技术的发展，传统单片机由于其尺寸小、功耗低、一些专有特性已经难以满足一些场合的需要。

基于EDA软件的设计方式是借助于计算机来快速准确的完成电路的设计。

设计者提出方案后，利用计算机进行逻辑分析、性能分析、时序测试，如果发现错误或方案不理想，可以重复上述过程直至得到满意的电路，然后进行硬件电路的实现。

这种方法提高了设计质量，缩短了设计周期节省了设计费用，提高了产品的竞争力。

本文对CPU中的ALU的设计，能够完成带进位的八位数的加减运算和四位数的乘法和除法的运算。

在寄存器模块中集成了构成数据路径的所有寄存器和多路选择器，这些多路选择器受控制信号的控制，构成了数据路径中的数据传输部分。

在具体设计时用HLD语言来完成所希望的电路系统，并规定器件的结构特征和电路的行为方式，然后利用综合器和适配器将此程序编程能控制FPGA和CPLD内部结构，并实现相应逻辑功能的的门级或更底层的结构网表文件或下载文件。

关键词:ALU HLD FPGA EDAAbstractWith the development of the semiconductor technology and system design technology, it has been difficult to meet the needs of a number of occasions because of the traditional single chips’ small size, low power consumption and a number of proprietary features. Based on EDA software ,the design uses computer to complete the circuit quickly and accurately. After making a proposal , the Designers do logic analysis, performance analysis and timing test, if they find an error or if the program is not satisfactory, they repeat the process until it become asatisfactory circuit and then implement the hardware circuit .This approach improves design quality and shorten the design cycle ,saves design costs and improves product competitiveness.In this paper, the design of ALU for the CPU can complete the eight-bit number with carry bit into addition and subtraction operations and four-digit number into multiplication and division operations. Register module integrates all registers and multiplexers that constitute the data way .These multiplexers under control of the control signals constitute the data transmission part of data way. In specific design, it completes the expected electrical systems with HLD language and provides the structural characteristics of the device and circuit behavior. Then with this integrated device and the adapter program the program is compiled into FPGA and CPLD to control the internal structure and logic functions to achieve the corresponding gate-level or lower-level structural netlist files or downloading filesKeywords:Arithmetic Logic Unit Field Programmable Gate Array目录1、绪论 (4)1.1EDA技术发展概况 (4)1.1.1 CAD阶段 (5)1.1.2 CAE阶段 (5)1.1.3 EDA阶段 (5)1.2PLD发展概况 (6)1.3课题研究的内容 (8)1.3.1 设计背景介绍 (8)1.3.2 功能要求 (9)2、EDA技术的基础知识 (10)2.1可编程ASIC器件 (10)2.2 EDA设计工具 (11)3、总体方案设计 (12)3.1设计内容 (12)3.2设计方案比较 (13)3.3方案论证 (14)3.4方案选择 (15)4、单元模块设计 (15)4.1有源晶振电路 (15)4.2供电电路 (16)4.3按键输入电路 (17)4.4 LED状态灯输出电路 (18)4.5 最小系统 (19)5、软件实现 (20)5.1软件设计 (20)6、系统仿真及调试 (31)6.1仿真 (31)6.2 调试 (35)7、总结 (35)7.1设计小结 (35)7.2设计收获 (36)7.3设计改进 (36)8、参考文献 (37)1、绪论21世纪人类将全面进入信息化社会，对微电子信息技术和微电子VLSI基础技术将不断提出更高的发展要求，微电子技术仍将继续是21世纪若干年代中最为重要的和最有活力的高科技领域之一。