Lógica combinacional con siempre

El bloque verilog always puede usarse tanto para lógica secuencial como combinacional. Se mostraron algunos ejemplos de diseño usando un assign declaración en un artículo anterior. El mismo conjunto de diseños se explorará a continuación usando un always bloquear.

Ejemplo #1:lógica combinacional simple

El código que se muestra a continuación implementa una lógica combinacional digital simple que tiene una señal de salida llamada z de tipo reg que se actualiza cada vez que una de las señales en la lista de sensibilidad cambia su valor. La lista de sensibilidad se declara entre paréntesis después del @ operador.

  
  
module combo ( 	input 	a, b, c, d, e,
								output 	reg z);

	always @ ( a or b or c or d or e) begin
		z = ((a & b) | (c ^ d) & ~e);
	end
	
endmodule

El módulo combo se elabora en el siguiente esquema de hardware utilizando herramientas de síntesis y se puede ver que la lógica combinacional se implementa con puertas digitales.

Use asignaciones de bloqueo al modelar lógica combinacional con un bloque siempre

Banco de pruebas

El banco de pruebas es una plataforma para simular el diseño para garantizar que el diseño se comporte como se esperaba. Todas las combinaciones de entradas se conducen al módulo de diseño usando un for bucle con una declaración de retraso de 10 unidades de tiempo para que el nuevo valor se aplique a las entradas después de algún tiempo.

  
  
module tb;
	// Declare testbench variables
  reg a, b, c, d, e;
  wire z;
  integer i;
  
  // Instantiate the design and connect design inputs/outputs with
  // testbench variables
  combo u0 ( .a(a), .b(b), .c(c), .d(d), .e(e), .z(z));
  
  initial begin
  	// At the beginning of time, initialize all inputs of the design
  	// to a known value, in this case we have chosen it to be 0.
    a <= 0;
    b <= 0;
    c <= 0;
    d <= 0;
    e <= 0;
    
    // Use a $monitor task to print any change in the signal to 
    // simulation console 
    $monitor ("a=%0b b=%0b c=%0b d=%0b e=%0b z=%0b", 
              a, b, c, d, e, z);
    
    // Because there are 5 inputs, there can be 32 different input combinations
    // So use an iterator "i" to increment from 0 to 32 and assign the value
    // to testbench variables so that it drives the design inputs
    for (i = 0; i < 32; i = i + 1) begin
      {a, b, c, d, e} = i;
      #10;
    end
  end
endmodule

Registro de simulación

ncsim> run
a=0 b=0 c=0 d=0 e=0 z=0
a=0 b=0 c=0 d=0 e=1 z=0
a=0 b=0 c=0 d=1 e=0 z=1
a=0 b=0 c=0 d=1 e=1 z=0
a=0 b=0 c=1 d=0 e=0 z=1
a=0 b=0 c=1 d=0 e=1 z=0
a=0 b=0 c=1 d=1 e=0 z=0
a=0 b=0 c=1 d=1 e=1 z=0
a=0 b=1 c=0 d=0 e=0 z=0
a=0 b=1 c=0 d=0 e=1 z=0
a=0 b=1 c=0 d=1 e=0 z=1
a=0 b=1 c=0 d=1 e=1 z=0
a=0 b=1 c=1 d=0 e=0 z=1
a=0 b=1 c=1 d=0 e=1 z=0
a=0 b=1 c=1 d=1 e=0 z=0
a=0 b=1 c=1 d=1 e=1 z=0
a=1 b=0 c=0 d=0 e=0 z=0
a=1 b=0 c=0 d=0 e=1 z=0
a=1 b=0 c=0 d=1 e=0 z=1
a=1 b=0 c=0 d=1 e=1 z=0
a=1 b=0 c=1 d=0 e=0 z=1
a=1 b=0 c=1 d=0 e=1 z=0
a=1 b=0 c=1 d=1 e=0 z=0
a=1 b=0 c=1 d=1 e=1 z=0
a=1 b=1 c=0 d=0 e=0 z=1
a=1 b=1 c=0 d=0 e=1 z=1
a=1 b=1 c=0 d=1 e=0 z=1
a=1 b=1 c=0 d=1 e=1 z=1
a=1 b=1 c=1 d=0 e=0 z=1
a=1 b=1 c=1 d=0 e=1 z=1
a=1 b=1 c=1 d=1 e=0 z=1
a=1 b=1 c=1 d=1 e=1 z=1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Tenga en cuenta que ambos métodos, assign y always , se implementa en la misma lógica de hardware.

Ejemplo #2:Medio sumador

El módulo de medio sumador acepta dos entradas escalares a y b y usa lógica combinacional para asignar la suma de las señales de salida y el bit de acarreo cout. La suma se obtiene mediante un XOR entre a y b, mientras que el bit de acarreo se obtiene mediante un AND entre las dos entradas.

  
  
module ha ( input 	a, b,
						output	sum, cout);

	always @ (a or b) begin
		{cout, sum} = a + b;
	end

endmodule

Banco de pruebas

  
  
module tb;
	// Declare testbench variables
  reg a, b;
  wire sum, cout;
  integer i;

  // Instantiate the design and connect design inputs/outputs with
  // testbench variables  
  ha u0 ( .a(a), .b(b), .sum(sum), .cout(cout));
  
  initial begin
  	// At the beginning of time, initialize all inputs of the design
  	// to a known value, in this case we have chosen it to be 0.  
    a <= 0;
    b <= 0;
    
    // Use a $monitor task to print any change in the signal to 
    // simulation console     
    $monitor("a=%0b b=%0b sum=%0b cout=%0b", a, b, sum, cout);
    
    // Because there are only 2 inputs, there can be 4 different input combinations
    // So use an iterator "i" to increment from 0 to 4 and assign the value
    // to testbench variables so that it drives the design inputs    
    for (i = 0; i < 4; i = i + 1) begin
      {a, b} = i;
      #10;
    end
  end
endmodule

Registro de simulación

ncsim> run
a=0 b=0 sum=0 cout=0
a=0 b=1 sum=1 cout=0
a=1 b=0 sum=1 cout=0
a=1 b=1 sum=0 cout=1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Ejemplo #3:sumador completo

Se puede usar un bloque always para describir el comportamiento de un sumador completo para impulsar las salidas sum y cout.

  
  
module fa (	input 	a, b, cin,
			output reg	sum, cout);

  always @ (a or b or cin) begin
    {cout, sum} = a + b + cin;
  end

endmodule

Banco de pruebas

  
  
module tb;
  reg a, b, cin;
  wire sum, cout;
  integer i;
  
  fa u0 ( .a(a), .b(b), .cin(cin), .sum(sum), .cout(cout));
  
  initial begin
    a <= 0;
    b <= 0;
    
    $monitor("a=%0b b=%0b cin=%0b cout=%0b sum=%0b", a, b, cin, cout, sum);
    
    for (i = 0; i < 8; i = i + 1) begin
      {a, b, cin} = i;
      #10;
    end
  end
endmodule

Registro de simulación

ncsim> run
a=0 b=0 cin=0 cout=0 sum=0
a=0 b=0 cin=1 cout=0 sum=1
a=0 b=1 cin=0 cout=0 sum=1
a=0 b=1 cin=1 cout=1 sum=0
a=1 b=0 cin=0 cout=0 sum=1
a=1 b=0 cin=1 cout=1 sum=0
a=1 b=1 cin=0 cout=1 sum=0
a=1 b=1 cin=1 cout=1 sum=1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Ejemplo #4:Multiplexor 2x1

El multiplexor simple 2x1 usa un operador ternario para decidir qué entrada debe asignarse a la salida c. Si sel es 1, la salida es impulsada por a y si sel es 0, la salida es impulsada por b.

  
  
module mux_2x1 (input 	a, b, sel,
				output 	reg c);
		
  
  always @ ( a or b or sel) begin
	c = sel ? a : b;
  end
endmodule

Banco de pruebas

  
  
module tb;
	// Declare testbench variables
  reg a, b, sel;
  wire c;
  integer i;
  
  // Instantiate the design and connect design inputs/outputs with
  // testbench variables  
  mux_2x1 u0 ( .a(a), .b(b), .sel(sel), .c(c));
  
  initial begin
  	// At the beginning of time, initialize all inputs of the design
  	// to a known value, in this case we have chosen it to be 0.    
    a <= 0;
    b <= 0;
    sel <= 0;
    
    $monitor("a=%0b b=%0b sel=%0b c=%0b", a, b, sel, c);

    for (i = 0; i < 3; i = i + 1) begin
      {a, b, sel} = i;
      #10;
    end
  end
endmodule

Registro de simulación

ncsim> run
a=0 b=0 sel=0 c=0
a=0 b=0 sel=1 c=0
a=0 b=1 sel=0 c=1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Ejemplo #5:Demultiplexor 1x4

El demultiplexor usa una combinación de entradas sel y f para controlar las diferentes señales de salida. Cada señal de salida es de tipo reg y se usa dentro de un always bloque que se actualiza en función de los cambios en las señales enumeradas en la lista de sensibilidad.

  
  
module demux_1x4 (	input 				f,
										input [1:0]	 	sel,
										output reg		a, b, c, d);

  always @ ( f or sel) begin
    a = f & ~sel[1] & ~sel[0];
    b = f &  sel[1] & ~sel[0];
    c = f & ~sel[1] &  sel[0];
    d = f &  sel[1] &  sel[0];
  end

endmodule

Banco de pruebas

  
  
module tb;
	// Declare testbench variables
  reg f;
  reg [1:0] sel;
  wire a, b, c, d;
  integer i;
  
  // Instantiate the design and connect design inputs/outputs with
  // testbench variables  
  demux_1x4 u0 ( .f(f), .sel(sel), .a(a), .b(b), .c(c), .d(d));
  
  // At the beginning of time, initialize all inputs of the design
  // to a known value, in this case we have chosen it to be 0.  
  initial begin
    f <= 0;
    sel <= 0;
    
    $monitor("f=%0b sel=%0b a=%0b b=%0b c=%0b d=%0b", f, sel, a, b, c, d);
    
    // Because there are 3 inputs, there can be 8 different input combinations
    // So use an iterator "i" to increment from 0 to 8 and assign the value
    // to testbench variables so that it drives the design inputs    
    for (i = 0; i < 8; i = i + 1) begin
      {f, sel} = i;
      #10;
    end
  end
endmodule

Registro de simulación

ncsim> run
f=0 sel=0 a=0 b=0 c=0 d=0
f=0 sel=1 a=0 b=0 c=0 d=0
f=0 sel=10 a=0 b=0 c=0 d=0
f=0 sel=11 a=0 b=0 c=0 d=0
f=1 sel=0 a=1 b=0 c=0 d=0
f=1 sel=1 a=0 b=0 c=1 d=0
f=1 sel=10 a=0 b=1 c=0 d=0
f=1 sel=11 a=0 b=0 c=0 d=1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Ejemplo #6:Decodificador 4x16

  
  
module dec_3x8 ( 	input 			en,
					input 	[3:0] 	in,
					output  reg [15:0] 	out);

  always @ (en or in) begin
    out = en ? 1 << in: 0;
  end
	
endmodule

Banco de pruebas

  
  
module tb;
  reg en;
  reg [3:0] in;
  wire [15:0] out;
  integer i;
  
  dec_3x8 u0 ( .en(en), .in(in), .out(out));
  
  initial begin
    en <= 0;
    in <= 0;
    
    $monitor("en=%0b in=0x%0h out=0x%0h", en, in, out);
    
    for (i = 0; i < 32; i = i + 1) begin
      {en, in} = i;
      #10;
    end
  end
endmodule

Registro de simulación

ncsim> run
en=0 in=0x0 out=0x0
en=0 in=0x1 out=0x0
en=0 in=0x2 out=0x0
en=0 in=0x3 out=0x0
en=0 in=0x4 out=0x0
en=0 in=0x5 out=0x0
en=0 in=0x6 out=0x0
en=0 in=0x7 out=0x0
en=0 in=0x8 out=0x0
en=0 in=0x9 out=0x0
en=0 in=0xa out=0x0
en=0 in=0xb out=0x0
en=0 in=0xc out=0x0
en=0 in=0xd out=0x0
en=0 in=0xe out=0x0
en=0 in=0xf out=0x0
en=1 in=0x0 out=0x1
en=1 in=0x1 out=0x2
en=1 in=0x2 out=0x4
en=1 in=0x3 out=0x8
en=1 in=0x4 out=0x10
en=1 in=0x5 out=0x20
en=1 in=0x6 out=0x40
en=1 in=0x7 out=0x80
en=1 in=0x8 out=0x100
en=1 in=0x9 out=0x200
en=1 in=0xa out=0x400
en=1 in=0xb out=0x800
en=1 in=0xc out=0x1000
en=1 in=0xd out=0x2000
en=1 in=0xe out=0x4000
en=1 in=0xf out=0x8000
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

Verilog siempre bloquea Lógica secuencial con siempre

Verilog