Verilog语法之运算符

摘要：本文章主要介绍了Verilog语法中的运算符部分的内容，本部分包括语法的讲解，是否可综合的性质以及可以进行实际操作的例子，如果有需要相关的工程文件，可以留言（使用Modelsim软件进行编译仿真）。

1.运算符概述

Verilog的运算符与C语言基本类似，包括算术运算符、关系运算符、灯饰运算符、逻辑运算符、位运算、缩减运算符、移位运算符、条件运算符、拼接运算符等。各种运算符与条件运算符在同时使用时，具有一定优先级顺序（从高到低）。

2.算术运算符

注意：除法(/)或取模（%）运算时，如果B取值为0，那么仿真输出的运算结果将会是不确定值x；如果进行运算的值A或C有任何位的值是x或z，那么运算的整个结果值都会是x。取模（%）运算结果的符号只与A的符号一致。以下是一个可以进行实际运行的testbench文件，用以观察这些运算的实际效果。

module testbench_top();
    integer A,B;
    integer C;
​
    initial begin
      A=100;
      B=33;
      C=A+B;
      $display("%0d + %0d = %0d", A, B, C);
      C=A-B;
      $display("%0d - %0d = %0d", A, B, C);
      C=A*B;
      $display("%0d * %0d = %0d", A, B, C);
      C=A/B;
      $display("%0d / %0d = %0d", A, B, C);
      A=10;
      B=3;
      C=A**B;
      $display("%0d ** %0d = %0d", A, B, C);
      C=A%B;
      $display("%0d %% %0d = %0d", A, B, C);
      A=100;
      B=20;
      C=A%B;
      $display("%0d %% %0d = %0d", A, B, C);
      A=-100;
      B=33;
      C=A%B;
      $display("%0d %% %0d = %0d", A, B, C);
      A=100;
      B=-33;
      C=A%B;
      $display("%0d %% %0d = %0d", A, B, C);
      $stop;
    end
​
endmodule

运算结果如下：

3.关系运算符

使用关系运算符的表达式结果若是true，则返回结果1，否则返回结果0。参与关系运算的任意一个数据中若包含x或z，则其仿真结果必定是一位不确定值x。当关系运算符两侧的数据位宽不一致时，位宽较少的数据会自动扩展到与位宽较多的数据一样的位宽，扩展位的数据都以0填充。所有关系运算符具有相同的运算优先级。

4.等式运算符

等式运算符包括逻辑等号==、逻辑不等号！=、全等号===和不全等号！==。

等式运算符将会实现逐位比较，若等式两侧的位宽不同，则位宽较少的数据将自动扩展位宽并与位宽较多的数据位宽相等，扩展位以0填充。与关系运算操作一样，灯饰运算操作在结果为true时，返回结果1，否则返回结果0。

全等号===和不全等号！==可用于仿真测试脚本，但不可综合。全等式中可以包含x和z，并参与逐位比较。逻辑等式运算的任意一个数据中若包含x或z，则其仿真结果必定是一位的不确定值x。

5.逻辑运算符

逻辑与（&&）、逻辑或（||）、逻辑非（！）。

!A
if(!A)  if(A==0)
A&&B
A||B

6.位运算符

位运算符包括与（&）、位或（|）、位取反（~）、位异或（^)、位同或（~^或^~）。位运算符实现运算数值间的逻辑运算操作。

module testbench_top;
    reg [7:0] A,B;
    reg [7:0] C;
     
     initial begin
       A=8'b10101110;
       B=8'b10010110;
       C=A&B;
       $display("%b & %b = %b", A, B, C);
       C=A|B;
       $display("%b | %b = %b", A, B, C);
       C=~A;
       $display("~%b = %b", A, C);
       C=A^B;
       $display("%b ^ %b = %b", A, B, C);
       C=A~^B;
       $display("%b ~^ %b = %b", A, B, C);
       $stop;
     end
​
endmodule

运算结果如下：

7.缩减运算符

缩减运算符对单个操作数的每个位之间进行递推运算，最后的运算结果是一位的二进制数。缩减运算符包括缩减与（&)、缩减或（|）、缩减与非（~&）、缩减或非（~|）、缩减异或（^）、缩减同或（~^）。

module testbench_top();
    reg [3:0] A,B,C,D;
​
    initial begin
        A=4'b1111;
        B=4'b0000;
        C=4'b0110;
        D=4'b1000;
        $display("A=%b, B=%b, C=%b, D=%b", A, B, C, D);
        $display("&A=%b, &B=%b, &C=%b, &D=%b", &A, &B, &C, &D);
        $display("|A=%b, |B=%b, |C=%b, |D=%b", |A, |B, |C, |D);
        $display("~&A=%b, ~&B=%b, ~&C=%b, ~&D=%b", ~&A, ~&B, ~&C, ~&D);
        $display("~|A=%b, ~|B=%b, ~|C=%b, ~|D=%b", ~|A, ~|B, ~|C, ~|D);
        $display("^A=%b, ^B=%b, ^C=%b, ^D=%b", ^A, ^B, ^C, ^D);
        $display("~^A=%b, ~^B=%b, ~^C=%b, ~^D=%b", ~^A, ~^B, ~^C, ~^D);
        $stop;
    end
    
endmodule

运算结果如下：

8.移位运算符

移位运算符包括逻辑运算符何算术运算符。左移运算符将运算符左侧的数值（A或B）向左移动num个位，低位补0；右移运算符将运算符左侧的数值向右移动num个位，高位补0。如果赋值的结果是无符号数，则算术右移（>>>)的高位补0；如果赋值结果是有符号数，则算术右移(>>>)高位补1。

语法示例：

A<<num
B<<<num
C>>num
D>>>num

代码示例：

​
module testbench_top();
    reg [3:0] A,B;
    reg signed [3:0] C,D;
​
    initial begin
      A=4'b0001;
      B=(A<<2);
      $display("(A<<2) = %b", B);
      C=4'b1000;
      D=(C>>>2);
      $display("(C>>>2) = %b", D);
      $stop;
    end
    
endmodule

结果如下：

9.条件运算符

条件运算符?:的基本格式如下：

A=B?C:D;

如果B的表达式为True，那么将C的值赋给A；否则将D的值赋给A。

示例代码如下：

module testbench_top();
    reg flag;
    reg [3:0] A,B,C;
    wire [3:0] D;
​
    initial begin
      A=8;
      B=2;
      flag=1;
      #20;
      flag=0;
      #20;
      $stop;
    end
​
    assign D=flag ? (A+B) : (A-B);
​
    always @(*) begin
        C=flag ? A:B;
    end
​
endmodule

10.拼接运算符

拼接运算符使用一对大括号{}实现。在{}中将几个信号的某些位详细列出来，中间使用逗号分隔开，表示一个由多个位拼接在一起的信号。常量或变量都可以使用拼接运算符。拼接运算符允许嵌套使用。具体使用方式如下：

{A,B,C}
{3{A}}
{A,{2{A,B}},C}

具体示例代码如下：

module testbench_top();
    reg [1:0] A=2'b00, B=2'b11, C=2'b10;
    reg [5:0] D= 6'd0;
    reg [5:0] E= 6'd0;
    reg [11:0] F= 12'd0;

    initial begin
      #10;
      D={A,B,C};
      $display("D={A,B,C} = {%b,%b,%b}=%b", A, B, C,D);
      E={3{A}};
      $display("E={3{A}}={3{%b}}=%b", A, E);
      F={A, {2{A,B}}, C};
      $display("F={A, {2{A,B}}, C} = {%b,{2{%b,%b}},%b}=%b", A, A, B, C, F);
      #10;
      $stop;
    end

endmodule

结果如下：

End！