Verilog 随机数及概率分布

Verilog 随机数及概率分布

 Verilog 教程高级篇

随机数

Verilog 中使用系统任务 $random(seed) 产生随机数，seed 为随机数种子。

seed 值不同，产生的随机数也不同。如果 seed 相同，产生的随机数也是一样的。

可以为 seed 赋初值，也可以忽略 seed 选项，seed 默认初始值为 0。

不使用 seed 选项和指定 seed 并对其修改来调用 $random 的代码如下所示：

实例

   //seed var
   integer seed ;
   initial begin
      seed = 2 ;
      #30 ;
      seed = 10 ;
   end
   //no seed
   reg [15:0]   randnum_noseed ;
   always@(posedge clk) begin
      randnum_noseed <= $random(); //不指定随机种子
   end
   //with seed
   reg [15:0]   randnum_wtseed ;
   always@(posedge clk) begin
      randnum_wtseed <= $random(seed); //指定随机种子
   end

仿真波形图如下。

无论是否赋初值，每产生一次随机数后，seed 值改变，随机数也随之改变。

每改变一次 seed 值，当前输出的随机值会改变；但是下一个状态时，随机数的走向又恢复成系统内部产生的随机序列。

例如仿真图中 t1 和 t2 时刻随机种子不同，产生是随机数也不同。但是其他时钟周期，产生的随机数都是相同的。

建议调用系统任务 $random 时，不指定 seed 选项，或指定 seed 选项时使用变量传递参数。

不建议调用 $random 时，将常数项写到 seed 参数处。此时 seed 值被固定，可能只会产生一个随机数。例如以下写法是不建议的：

      randnum_wtseed <= $random(2); //不建议将常数项指定给 seed

可以使用取余的方法，将随机数限定在一定的数据范围内。例如：

实例

   //with a range
   parameter    MAX_NUM = 512;
   parameter    MIN_NUM = 256;
   reg [15:0]   num_range1, num_range2, num_range3 ;
   always@(posedge clk) begin
      //产生的随机数范围为 -511 ~ 511, ±（MAX_NUM-1）
      num_range1 <= $random() % MAX_NUM;
      //产生的随机数范围为 0 ~ 511, （0 ~ MAX_NUM-1）
      num_range2 <= {$random()} % MAX_NUM;
      //产生的随机数范围为 MIN_NUM ~ MAX_NUM，包含边界
      num_range3 <= MIN_NUM + {$random()} % (MAX_NUM-MIN_NUM+1);
   end

随机数按照有符号、十进制格式显示，前几个数据结果如下：

---

概率分布

Verilog 提供了许多按一定概率分布产生数据的系统任务，简单描述如下：

系统任务	调用格式	任务描述
均匀分布	$dist_uniform(seed, start, end);	start、end 为数据的起始、结尾
正态分布	$dist_normal (seed, mean, std_dev);	mean 为期望值，std_dev 为标准差
泊松分布	$dist_po