HDL—Verilog Language—Procedures—Priority encoder

文章介绍了优先编码器的工作原理,以一个8位优先编码器的例子作为说明。接着,重点讲述了在Verilog中如何使用casex和casez语句来构建一个4位优先编码器,特别是在所有输入位为零时输出零的情况。提供的Verilog代码示例展示了如何利用casex语句来处理不同的输入情况。

A priority encoder is a combinational circuit that, when given an input bit vector, outputs the position of the first 1 bit in the vector.   For example, a 8-bit priority encoder given the input 8'b10010000 would output 3'd4, because bit[4] is first bit that is high.
Build a 4-bit priority encoder.
For this problem, if none of the input bits are high (i.e., input is zero), output zero.   Note that a 4-bit number has 16 possible combinations.

优先编码器是一个组合电路,当给定一个输入位向量时,输出向量中前1位的位置。例如,一个输入为8'b10010000的8位优先编码器将输出3'd4,因为比特[4]是第一个高的比特。

构建一个4位优先编码器。

对于这个问题,如果所有输入位都不高(即输入为零),则输出为零。注意,一个4位的数字有16种可能的组合。

这个问题主要是繁琐,就是判断所有的输入,然后给一个值输出

这里介绍两个新的case语句

casex和casez

语法和普通case是一样的,只是说

casex语句则将高阻值z和不定值都视为不必关心的情况

reg[3:0]state;
casex(state)
 8'bxxx1: do1;
 8'bxx1x: do2;
 8'bx1xx: do3;
 8'b1xxx: do4;
endcase

casez语句用来处理不考虑高阻值z的比较过程

reg[3:0]state;
casez(state)
 8'b???1: do1;
 8'b??1?: do2;
 8'b?1??: do3;
 8'b1???: do4;
endcase

这里就使用了casex的用法

// synthesis verilog_input_version verilog_2001
module top_module (
    input [3:0] in,
    output reg [1:0] pos  );
    always@(*)begin
        casex(in)
            4'bxxx1: pos <= 2'b00;
            4'bxx1x: pos <= 2'b01;
            4'bx1xx: pos <= 2'b10;
            4'b1xxx: pos <= 2'b11;
            default: pos <= 2'b00;
        endcase
    end
endmodule

 

优先编码器(Priority Encoder)是一种数字电路,用于将多个输入信号转换为二进制输出信号,其中输出表示最高有效位的位置。8到3优先级编码器(8:3 Priority Encoder)的功能是检测8个输入信号中最高优先级的“1”位,并将其位置编码为3位二进制数。 以下是一个使用Verilog实现的8到3优先级编码器的RTL设计代码示例: ```verilog // 8-to-3 Priority Encoder in Verilog module priority_encoder_8to3 ( input [7:0] in, // 8-bit input output reg [2:0] pos // 3-bit output representing the position of the highest '1' ); always @(*) begin casez (in) 8'bzzzz_zzz1 : pos = 3'd0; // Input bit 0 is high 8'bzzzz_zz1z : pos = 3'd1; // Input bit 1 is high 8'bzzzz_z1zz : pos = 3'd2; // Input bit 2 is high 8'bzzzz_1zzz : pos = 3'd3; // Input bit 3 is high 8'bzzz1_zzzz : pos = 3'd4; // Input bit 4 is high 8'bzz1z_zzzz : pos = 3'd5; // Input bit 5 is high 8'bz1zz_zzzz : pos = 3'd6; // Input bit 6 is high 8'b1zzz_zzzz : pos = 3'd7; // Input bit 7 is high default : pos = 3'd0; // Default to 0 if no input is high endcase end endmodule ``` ### RTL 设计图说明 在RTL(Register Transfer Level)设计中,该优先编码器通过组合逻辑实现,没有时钟信号控制。其核心功能是基于`casez`语句来检测输入向量中的最高优先级“1”位,并将其位置编码为3位二进制输出。 以下是该模块的RTL设计图描述: - **输入**:8位宽的输入信号`in[7:0]`,每个比特代表一个输入请求。 - **输出**:3位宽的输出信号`pos[2:0]`,表示最高优先级“1”位的位置。 - **内部逻辑**:使用`casez`语句对输入进行匹配,根据输入模式选择对应的输出值。 ### 应用场景 该设计可用于FPGA开发、数字电路设计以及嵌入式系统中需要处理多路输入请求的场合。例如,在中断控制器中,优先编码器可以用来确定哪个中断源具有最高的优先级[^3]。 ### 相关问题 1. 如何在Verilog中实现4到2优先级编码器? 2. 优先编码器在浮点数加法器中的标准化操作中有什么作用? 3. 使用优先编码器相比if-else和case语句的优势是什么? 4. 如何测试和验证8到3优先级编码器的功能? 5. 在FPGA中实现优先编码器时需要注意哪些综合优化问题?
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