远程FPGA虚拟实验平台用SystemVerilog HDL实现计数器和分频器

远程FPGA虚拟实验平台用SystemVerilog HDL实现计数器和分频器

原理

计数器

本实验中,材料给出的计数器是二进制来分频的,就搞得还挺麻烦。
在这里插入图片描述

/** The input port is replaced with an internal signal **/
wire reset = PB[0]; 
wire clk;

/************* The logic of this experiment *************/
logic  [23:0] count;
always@(posedge CLOCK or posedge reset)
begin
    if(reset)
        count <=	0;
    else
        count <=	count+1;
end

assign clk = count[22];//2^23,详解见下方

logic [7:0]q;
always @ (posedge clk or posedge reset)
	if (reset)
		q <= 1;
	else
		q <= {
   
   q[6:0], q[7
### 设计三端口寄存器堆的原理 在远程FPGA虚拟实验平台中,使用SystemVerilog HDL实现三端口寄存器堆是一种常见的硬件描述方法。三端口寄存器堆通常具有两个读取端口一个写入端口,允许同时执行两次独立的数据读取操作以及一次数据写入操作[^1]。 以下是基于SystemVerilog HDL的设计思路: #### 1. 寄存器堆结构定义 寄存器堆由一组寄存器组成,每个寄存器都有唯一的地址索引。为了支持三个端口的操作,需要定义如下信号: - `reg_addr_a` `reg_data_a`: 第一读取端口的地址输出数据。 - `reg_addr_b` `reg_data_b`: 第二读取端口的地址输出数据。 - `write_enable`, `write_reg_addr`, `write_data`: 写使能信号、目标寄存器地址待写入数据。 #### 2. 初始化寄存器数组 可以使用SystemVerilog中的`always_ff`语句来初始化并更新寄存器文件的内容。假设寄存器宽度为32位,数量为8,则可以用以下代码表示寄存器阵列: ```verilog logic [31:0] reg_file [7:0]; // 定义大小为8的寄存器文件,每项宽32位 ``` #### 3. 数据读取逻辑 对于两个读取端口,分别根据输入地址选择对应的寄存器内容作为输出: ```verilog assign reg_data_a = (read_enable_a && |reg_addr_a) ? reg_file[reg_addr_a] : 'z; assign reg_data_b = (read_enable_b && |reg_addr_b) ? reg_file[reg_addr_b] : 'z; ``` 这里加入了简单的有效性判断,当地址有效时才返回对应寄存器的内容;否则输出高阻态。 #### 4. 数据写入逻辑 写入操作仅在一个时钟沿触发下完成,并且只有当写使能信号激活时才会真正修改指定位置上的值: ```verilog always_ff @(posedge clk or negedge reset_n) begin if (!reset_n) begin for(int i=0;i<8;i++) begin reg_file[i] <= 'b0; // 复位所有寄存器到零状态 end end else if(write_enable) begin reg_file[write_reg_addr] <= write_data; // 将新数据写入特定寄存器 end end ``` 上述代码片段展示了如何利用同步复位机制确保整个系统的稳定性,同时也实现了条件性的数据写入功能。 #### 5. 综合考虑边界情况 需要注意的是,在实际应用过程中还需要考虑到一些特殊情况处理,比如非法访问(如尝试向第0号寄存器写入)、竞争冒险等问题。这些都需要通过增加额外控制逻辑或者协议层面上加以规避。 ### 示例代码综合展示 下面给出完整的顶层模块示例代码: ```verilog module three_port_register_file ( input wire clk, input wire reset_n, // Port A - Read Only input wire [2:0] read_addr_a, output logic [31:0] data_out_a, // Port B - Read Only input wire [2:0] read_addr_b, output logic [31:0] data_out_b, // Write Port C input wire wr_en_c, input wire [2:0] write_addr_c, input wire [31:0] data_in_c ); // Internal Register File Declaration logic [31:0] registers [7:0]; // Reset Logic & Write Operation always_ff @(posedge clk or negedge reset_n) begin if(!reset_n) begin for(int i=0;i<=7;i++) begin registers[i] <= 'd0; end end else if(wr_en_c) begin registers[write_addr_c] <= data_in_c; end end // Assign Outputs Based On Addresses Provided At Ports A And B Respectively. assign data_out_a = registers[read_addr_a]; assign data_out_b = registers[read_addr_b]; endmodule ``` 此段程序清晰地体现了三端口寄存器堆的核心设计理念及其具体实现细节。
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