第四节 16位全加器的设计
第四节 16位全加器的设计
这节课将要学习一个重要的设计方法，即top to down，从顶层到底层的设计方法。我们将要学习到实例化这个重要方法。一个复杂的系统，总是由许多简单的单元组成的。一个机构也是由许多的科室组成，简单的工作才能组成复杂的网络。
先来复习一下加法器的知识吧。
A、B是输入，CO是进位，Sum是和。对于半加器来说，Sum是A、B的异或运算。
先写顶层模块adder_16；
再写一个四位加法器模块；
四位全加器可对两个多位二进制数进行加法运算，同时产生进位。当两个二进制数相加时，较高位相加时必须加入较低位的进位项（Ci），以得到输出为和（S）和进位（C0）。其中CIN表示输入进位位，COUT表示输出进位位，输入A和B分别表示加数和被加数。输出SUM＝A＋B＋CIN，当SUM大于255时，COUT置‘1’。下图为四位加法器原理图。
/16路全加器
module adder_16(
input wire [15:0]a,
input wire [15:0]b,
input wire cin,
output wire [15:0]sum,
output wire co
);
wire c0;
adder_4 adder_4_inst1(
.a (a[3:0]),
.b (b[3:0]),
.cin (cin),
.sum (sum[3:0]),
.co (c0)
);
wire c1;
adder_4 adder_4_inst2(
.a (a[7:4]),
.b (b[7:4]),
.cin (c0),
.sum (sum[7:4]),
.co (c1)
);
wire c2;
adder_4 adder_4_inst3(
.a (a[11:8]),
.b (b[11:8]),
.cin (c1),
.sum (sum[11:8]),
.co (c2)
);
adder_4 adder_4_inst4(
.a (a[15:12]),
.b (b[15:12]),
.cin (c2),
.sum (sum[15:12]),
.co (co)
);
endmodule
在新建一个模块adder_1；1位的全加器真值表在最上面。仍然很麻烦，所以考虑用半加器。先例化到adder_4中。
module adder_4(
input wire [3:0]a,
input wire [3:0]b,
input wire cin,
output wire [3:0]sum,
output wire co
);
wire c0;
adder_1 adder_1_inst1(
.a (a[0]),
.b (b[0]),
.cin (cin),
.sum (sum[0]),
.co (c0)
);
wire c1;
adder_1 adder_1_inst2(
.a (a[1]),
.b (b[1]),
.cin (c0),
.sum (sum[1]),
.co (c1)
);
wire c2;
adder_1 adder_1_inst3(
.a (a[2]),
.b (b[2]),
.cin (c1),
.sum (sum[2]),
.co (c2)
);
adder_1 adder_1_inst4(
.a (a[3]),
.b (b[3]),
.cin (c2),
.sum (sum[3]),
.co (co)
);
endmodule
再新建一个模块adder_half；例化到adder_1
module adder_1(
input wire a,
input wire b,
input wire cin,
output wire sum,
output wire co
);
wire s0,c0;
adder_half adder_half_inst1(
.a (a),
.b (b),
.sum (s0),
.co (c0)
);
wire c1;
adder_half adder_half_inst2(
.a (s0),
.b (cin),
.sum (sum),
.co (c1)
);
assign co=c0|c1;
endmodule
这样一个16位全加器就设计完啦，接下来看下仿真。
仿真代码如下：
initial begin
// Initialize Inputs
a = 0;
b = 0;
cin = 0;
// Wait 100 ns for global reset to finish
#10;
repeat(20) begin
a={$random}%17'h10000;
b={$random}%17'h10000;
cin={$random}%2;
{co_test,sum_test}=a+b+cin;
#20;
end
// Add stimulus here
end学会实例化、时序写法、状态机后就需要自己不断的大量练习写代码才行。