数字IC手撕代码--小米科技(除法器设计)

前言:
本专栏旨在记录高频笔面试手撕代码题,以备数字前端秋招,本专栏所有文章提供原理分析、代码及波形,所有代码均经过本人验证。

目录如下:

1.数字IC手撕代码-分频器(任意偶数分频)

2.数字IC手撕代码-分频器(任意奇数分频)

3.数字IC手撕代码-分频器(任意小数分频)

4.数字IC手撕代码-异步复位同步释放

5.数字IC手撕代码-边沿检测(上升沿、下降沿、双边沿)

6.数字IC手撕代码-序列检测(状态机写法)

7.数字IC手撕代码-序列检测(移位寄存器写法)

8.数字IC手撕代码-半加器、全加器

9.数字IC手撕代码-串转并、并转串

10.数字IC手撕代码-数据位宽转换器(宽-窄,窄-宽转换)

11.数字IC手撕代码-有限状态机FSM-饮料机

12.数字IC手撕代码-握手信号(READY-VALID)

13.数字IC手撕代码-流水握手(利用握手解决流水线断流、反压问题)

14.数字IC手撕代码-泰凌微笔试真题

15.数字IC手撕代码-平头哥技术终面手撕真题

16.数字IC手撕代码-兆易创新笔试真题

17.数字IC手撕代码-乐鑫科技笔试真题(4倍频)

18.数字IC手撕代码-双端口RAM(dual-port-RAM)

...持续更新

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题目描述

除法器的Verilog RTL实现。16bitA,8bitB。C=A/B


解决思路

在硬件中都是二进制数,二进制除法和十进制除法类似,都是一个移位并比较大小的过程。

计算步骤:

① 将被除数高位数据与除数作比较,如果前者>=后者,则可得到对应位的商为1,两者做差得到第一步的余数;否则得到对应的商为0,将前者直接作为余数。

② 将上一步中的余数与被除数剩余最高位1bit数据拼接成新的数据,然后再和除数做比较,可以得到新的商和余数。

③ 重复过程②,直到被除数最低位数据也参与计算。

举个例子375/23 = 16'b0000_0001_0111_0111 / 8'b0001_0111

  1. 取被除数的第1位,与除数相比,8'b0000_0000<8'b0001_0111,商为0,前者作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商为0,前者继续作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商为0,前者继续作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商为0,前者继续作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商为0,前者继续作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商为0,前者继续作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商为0,前者继续作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0000_0001< 8'b0001_0111,商为0,前者继续作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0000_0010< 8'b0001_0111,商为0,前者继续作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0000_0101< 8'b0001_0111,商为0,前者继续作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0000_1011< 8'b0001_0111,商为0,前者继续作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0001_0111<=8'b0001_0111,商为1,两者之差作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0000_0000<8'b0001_0111,商为0,前者作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0000_0001<8'b0001_0111,商为0,前者继续作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0000_0011<8'b0001_0111,商为0,前者继续作为余数。

  1. 再取右移一位的数继续比较,8'b0000_0111<8'b0001_0111,商为0,前者继续作为余数,已经比到最后一位,输出结果:商为1<<4=16,余数为:8'b0000_0111=7。

  1. 故计算得到375/23=16......7。


代码

module divisor(
    input     [15:0]    A       ,
    input     [7:0]     B       ,
    output    [15:0]    result  ,
    output    [7:0]     remain
    );
    reg [15:0]  a_reg   ;
    reg [7:0]   b_reg   ; 
    reg [31:0]  temp_a  ;  # 其实这里取16+8+1bit就够了,取32位是为了好看。
    reg [31:0]  temp_b  ;

    integer     i;
    always@(*)begin
        a_reg = A;
        b_reg = B;
    end

    always@(*)begin
        temp_a = {16'h0,a_reg};
        temp_b = {b_reg,16'h0};
        
        for(i=0;i<16;i=i+1)begin
            temp_a = temp_a <<1;
            if(temp_a >= temp_b)begin
                temp_a = temp_a-temp_b+1;
            end
            else begin
                temp_a = temp_a;
            end
        end
    end

    assign remain = temp_a[31:16];
    assign result = temp_a[15:0];

endmodule

testbench

module divisor_tb();

reg   [15:0]    A       ;
reg   [7:0]     B       ;
wire  [15:0]    result  ;
wire  [7:0]     remain  ;

initial begin
  #10
  A <=  16'd375;
  B <=  8'd23;
  #10
  A <=  16'd557;
  B <=  8'd57;
end

divisor u_divisor(
  .A      (A)       ,
  .B      (B)       ,
  .result (result)  ,
  .remain (remain)
);

endmodule

波形图

算式1:375/23=16......7

算式2:557/57=9 ......44

结果与我们考虑的一致。

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