Verilog语法学习——LV9_使用子模块实现三输入数的大小比较

LV9_使用子模块实现三输入数的大小比较

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题目

描述

在数字芯片设计中，通常把完成特定功能且相对独立的代码编写成子模块，在需要的时候再在主模块中例化使用，以提高代码的可复用性和设计的层次性，方便后续的修改。

请编写一个子模块，将输入两个8bit位宽的变量data_a,data_b，并输出data_a,data_b之中较小的数。并在主模块中例化，实现输出三个8bit输入信号的最小值的功能。

子模块的信号接口图如下：

主模块的信号接口图如下：

输入描述：

clk：系统时钟

rst_n：异步复位信号，低电平有效

a,b,c：8bit位宽的无符号数

输出描述：

d：8bit位宽的无符号数，表示a,b,c中的最小值

编写子模块

在Verilog中，可以使用module关键字编写子模块。子模块是一种将较大的电路拆分为模块化部分的方法，使代码更易于维护和重复使用。

以下是一个简单的示例，展示了如何编写一个加法器子模块：

module Adder(
    input [3:0] A, 
    input [3:0] B, 
    output [4:0] Sum
);
    assign Sum = A + B;
endmodule

通过将子模块实例化到另一个模块中，可以在主模块中使用子模块。

下面是一个示例，展示了如何实例化并使用上述的加法器子模块：

module Top;
    // 输入和输出端口声明
    reg [3:0] A;
    reg [3:0] B;
    wire [4:0] Sum;
    
    // 子模块实例化
    Adder adder_inst(.A(A), .B(B), .Sum(Sum));
    
    // 在这里可以使用子模块的输出Sum
    
    // ...
    
endmodule

代码思路

例化一个模块，该模块比较两个输入的大小，并输出较小的数。

例化两次该模块，实现三个数的比较。

注：

采用时序逻辑例化两次子模块时，第一个例化的最小值经过一个时钟周期才能得到，
此时若再拿去与第三个数比较大小进行第二次例化时，第三个数已经不是上个周期的数了，
解决办法就是将第三个数缓存一个周期，再进行第二次例化子模块，结果可以通过测试。

代码

`timescale 1ns/1ns
module main_mod(
	input clk,
	input rst_n,
	input [7:0]a,
	input [7:0]b,
	input [7:0]c,
	
	output  [7:0]d	//由图可知，a,b,c,d全为wire型
	
);
	wire [7:0] min_ab;
    //第一次例化，比较a,b的大小
	compare u_compare(
		.clk(clk),
		.rst_n(rst_n),
		.data_a(a),
		.data_b(b),
		.data_c(min_ab)
	);
/*采用时序逻辑例化两次子模块时，第一个例化的最小值经过一个时钟周期才能得到，
此时若再拿去与第三个数比较大小进行第二次例化时，第三个数已经不是上个周期的数了，
解决办法就是将第三个数缓存一个周期，再进行第二次例化子模块，结果可以通过测试。
*/
    reg [7:0] c_r;	//将c的值存储起来
	always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
		if(!rst_n)
			c_r <= 0;
		else 
			c_r <= c;
	end
	 //第二次例化，比较a,b,c的大小
	compare u_compare_2(
		.clk(clk),
		.rst_n(rst_n),
		.data_a(min_ab),
		.data_b(c_r),
		.data_c(d)
	);	
endmodule

//子模块：比较data_a，data_b的大小，并且输出较小的数
module compare(
	input clk,
	input rst_n,
	input [7:0]data_a,
	input [7:0]data_b,
	output [7:0]data_c		
);	
	reg [7:0] result;	//定义一个reg型，将比较结果存起来
	always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
		if(!rst_n)
			result <=0;
		else begin
			if(data_a > data_b)
				result <= data_b;
			else if(data_a <= data_b)
				result <= data_a;
		end	
	end
	assign data_c = result;
endmodule