Verilog基础：表达式符号的确定

相关文章

Verilog基础：位宽拓展和有符号数运算的联系

Verilog基础：表达式位宽的确定（位宽拓展）

Verilog基础：数据类型

Verilog基础：case、casex、casez语句

Verilog基础：casex和full_case、parallel_case的使用

Verilog基础：task和function的使用（一）

Verilog基础：task和function的使用（二）

Verilog基础：表达式中的整数常量（integer）

Verilog基础：标识符的层次名引用

Verilog基础：标识符的向上向下层次名引用

---

表达式符号

如果想要在计算表达式中获得一直和谐的结果，那么控制表达式中的符号就很重要。有两个系统函数就是为了调整表达式符号，分别是$signed和$unsigned，它们的返回值就是被转换符号后的数值。

例如：

    reg [7 : 0] regA, regB;
    reg signed [7 : 0] regS;
    regA = $unsigned(-4);             //regA = 8'b11111100
    regB = $unsigned(-4'sd4);       //regB = 8'b00001100
    regS = $signed(4'b1100);        //regS = -4

表达式符号规则

表达式符号规则如下所示。

1. RHS表达式的符号不依赖于LHS，即使最后符号与LHS不同，那也只是在赋值时进行符号转换。

2. 没有基没有位宽的常数为十进制有符号数，如12。否则必须在基数前声明s标志才表示这个常数为有符号的，如3'd4是无符号数，3'sd4是有符号数。

3. 位选的结果是无符号数，不管位选操作数是否有符号。

4. 域选的结果是无符号数，不管域选操作数是否有符号，即使域选的结果是整个向量。

5. 拼接操作符的结果是无符号的，不管操作数是否有符号，即使是只有一个有符号操作数也是如此。

6. 比较操作符的结果是无符号的，不管操作数是否有符号。

7. real强制转换integer的结果是有符号的。

8. 任何自决定操作数的符号由自己决定，独立于表达式的其他部分。

9. 对于非自决定（上下文环境决定）的操作数（子表达式），如果某操作数是real，那么结果是real；如果某操作数无符号，则结果无符号；如果所有操作数有符号，结果才是有符号的。符号的嵌套和《表达式位宽的确定》一文中的一致。

在这里我们解决《表达式位宽的确定》一文中最后留下的问题，上下文操作数如何拓展位宽？答案就是，如果上下文环境的操作数全是有符号数，则上下文操作数在需要时会符号拓展，否则在需要时会补零拓展。

我们通过一个例子来直观体会

例子：

    module incrementer_with_overflow(input clock,resetN,
                                     input signed [7 : 0] in,
                                     output signed [8 : 0] out);
                always@ (posedge clock or negedge resetN)
                if(!resetN) out <= 0;
                else out <= in + 1'b1;
    endmodule

这里存在一个问题，当in的值是5时，out的值是6，此时是正确的；但是当in的值是-5时，out的值却是252，为什么会这样呢？

因为+是上下文操作符，左右的加数都是上下文决定位宽，且右操作数1'b1是一个无符号数，所以结果是无符号的，1'b1和in会按照无符号数的规则（补零）拓展至9位（因为上下文环境最大位宽的信号是out），当in为5时运算过程是正常的5+1=6；但当in为-5时，8位二进制补码表示为11111011，此时仍然补零拓展为011111011，且与000000001作无符号数加法，结果为011111100即252。

所以如果你想让结果正确，你需要让+号的右操作数也为有符号数，这样in才能作符号拓展并进行有符号数加法（实际上有符号数加法和无符号数加法是一样的）。

1. 你可以把1'b1改成1，这样表示32位有符号数1。

2. 你可以把1'b1改成2'sb1，这样表示2位有符号数1。

为什么不能把1'b1改成1'sb1呢？这是因为1'sb1只有符号位，在Verilog里面，它表示-1。所以如果你这样修改了，最后得到的结果是-5。