数字IC秋招面试专题（二）verilog的signed和unsigned

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前言

如果用verilog做一些数据处理的话，一定会经常用到signed和unsigned，而其中有一些知识点很多人都不太关注，故在此总结一下

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一、右值按signed还是unsigned

• 1、一条运算究竟是按unsigned还是signed运算，取决于其右值的操作数是否含有unsigned变量，只要右值存在unsigned变量，整个操作就会按unsigned处理，否则必须要右值全是signed变量，整个操作才按signed处理。
• 例如：

reg signed [7:0] din;
integer dou1,dou2;
initial 
	din = -5;
assign dout1 = din + 1;
assign dout2 = din + 1'b1; 

此处dout1= -5 + 1 = -4,因为din为signed变量，不做特定描述的常数也为signed，所以dout1的结果为正确的有符号结果。
而dout2 = -5 + 1’b1 = 251 + 1’b1 = 252,因为1’b1默认为unsigned，所以-5会被转换到unsigned类型再进行运算。

• 2、如果对signed进行截位运算，那么即使是signed变量，截位后也会变成unsigned变量
• 例如

reg signed [7:0] din;
integer dou1,dou2;
initial 
	din = -5;
assign dout1 = din[6:0];
assign dout2 = din[7:0]; 

此处dout1=7b，因为只截取了111_1011，不会管有没有符号位，而dout2即使把符号位都截取了，也是fb。

二、signed的自动扩位

如果是signed运算会先扩展到右值中最大的位宽再参与运算，例如

reg signed [7:0] a,b;
reg signed       c;
integer dout;
initial begin 
	a = 1;
	b = 2;
end
assign dout = a + b + c;

这里c会先扩展为8位，再参与运算，光这么看好像没什么问题，但是如果c=1时，扩位后c=1111_1111。计算后肯定不符合理论值，其原因就是1bit的数无法同时表示sign和value，所以通常会手动补上符号位：

assign dout = a + b + {1'b0,c};

三、系统函数$signed 和 $unsigned

在verilog中可以通过$signed函数对一个unsigned变量在运算过程中作为signed变量处理，例如上文说的

reg signed [7:0] din;
integer dou1,dou2;
initial 
	din = -5;
assign dout1 = din + 1;
assign dout2 = din + $signed（1'b1）; 

如果对1’b1使用$signed，那么dout1和dout2的值会一样，都是-4。

而$unsigned函数，虽然存在，但是经测试其没有什么实质作用，对一个signed变量，其不能自动对一负值转换成绝对值。

总结

1. 只有当右值全为signed，计算才会按signed完成；否则，右值又要存在unsigned数，就按unsigned处理；
2. 不论是对signed还是unsigned数进行截位，截位后的数据都是unsigned；
3. 当右值位数不等时进行运算，小位宽数会先扩位到大位宽再参与运算；扩位按最高位进行扩，所以要尤其注意正负
4. 如果在signed和unsigned计算中不想过分考虑扩位截位等逻辑，可以用$signed()函数来简化。
   
   
   

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