數(shù)字硬件建模SystemVerilog-移位運(yùn)算符

經(jīng)過(guò)幾周的更新，SV核心部分用戶自定義類型和包內(nèi)容已更新完畢，接下來(lái)就是RTL表達(dá)式和運(yùn)算符。

移位運(yùn)算符

移位運(yùn)算符將向量的位向右或向左移位指定的次數(shù)。SystemVerilog具有按位和算術(shù)移位運(yùn)算符，如表5-18所示。

表5-18：RTL建模的移位運(yùn)算符

按位移位只是將向量的位向右或向左移動(dòng)指定的次數(shù)，移出向量的位丟失。移入的新位是零填充的。例如，操作8’b11000101 << 2將產(chǎn)生值8’b00010100。按位移位將執(zhí)行相同的操作，無(wú)論被移位的值是有符號(hào)的還是無(wú)符號(hào)的。

算術(shù)左移位對(duì)有符號(hào)和無(wú)符號(hào)表達(dá)式執(zhí)行與按位右移位相同的操作。算術(shù)右移位對(duì)“無(wú)符號(hào)”和“有符號(hào)”表達(dá)式執(zhí)行不同的運(yùn)算。如果要移位的表達(dá)式是無(wú)符號(hào)的， 算術(shù)右移位的行為與按位右移相同，即用零填充輸入位。如果表達(dá)式是有符號(hào)的，則算術(shù)右移將通過(guò)用符號(hào)位的值填充每個(gè)輸入位來(lái)保持值的有符號(hào)性。

圖5-11顯示了這些移位操作如何將向量的位移動(dòng)2位，

圖5-11：按位和算術(shù)移位運(yùn)算-將值向左或向右移動(dòng)2位 圖5-11：按位和算術(shù)移位運(yùn)算-將值向左或向右移動(dòng)2位

可綜合移位操作

移動(dòng)固定的次數(shù)。固定次數(shù)的移位操作只需將總線的位重新布線，“輸入位”接地。實(shí)現(xiàn)固定移位不需要邏輯門。示例5-11說(shuō)明了一個(gè)簡(jiǎn)單的除二組合邏輯模型，其中通過(guò)將8位總線右移一位來(lái)進(jìn)行除法。

示例5-11：使用移位運(yùn)算符：通過(guò)右移一位除以二

圖5-12顯示了固定位數(shù)的右移是如何綜合的。綜合編譯器在模塊的輸入和輸出上放置了緩沖區(qū)，但沒(méi)有使用任何額外的門來(lái)執(zhí)行操作。

圖5-12：示例5-11的綜合結(jié)果：移位運(yùn)算符，按1位右移

固定次數(shù)的移位也可以使用連接操作來(lái)表示。下面兩行代碼在功能上是相同的。

執(zhí)行移位操作的兩種類型都將綜合為相同的布線硬件，一種類型沒(méi)有優(yōu)于另一種類型的優(yōu)勢(shì)。

移動(dòng)次數(shù)可變?？勺兇螖?shù)的移位操作代表是桶形移位器（barrel shifter）的功能，但具體實(shí)現(xiàn)將取決于特定目標(biāo)庫(kù)中可用的門級(jí)功能。一些目標(biāo)設(shè)備可能有一個(gè)已經(jīng)針對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化的預(yù)構(gòu)建桶形移位器，其他設(shè)備可能需要綜合以從較低級(jí)別的門構(gòu)建桶形移位器。

桶形移位器的一個(gè)應(yīng)用是用2的冪乘（向左移位）或除（向右移位）。例如，左移1位將值乘以2。左移2位將一個(gè)值乘以4。

示例5-12顯示了可變左移操作的代碼

示例5-12：使用移位運(yùn)算符：通過(guò)向左移位乘以二的冪

本例中的$ciog2系統(tǒng)函數(shù)用于計(jì)算base2exp輸入端口的寬度。此函數(shù)用于返回一個(gè)log2值的的上限（分?jǐn)?shù)向上舍入到下一個(gè)整數(shù)）。該函數(shù)是計(jì)算一個(gè)值需要多少位的便捷方法。

圖5-13說(shuō)明了該模型可能如何綜合。該示意圖是“在將移位功能映射并優(yōu)化”到特定設(shè)備之前的“中間綜合結(jié)果”。通用的“左移位邏輯”組件表示未映射的移位操作。

圖5-13：綜合結(jié)果“例如5-12：移位運(yùn)算符，可變左移位”

綜合結(jié)果中的通用左移分量對(duì)其兩個(gè)輸入具有相同的位數(shù)。base2exp輸入未使用的高位與地相連。當(dāng)綜合將通用左移組件映射到特定的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)時(shí)，這些未使用的位可能會(huì)被刪除。

移位運(yùn)算符可用于乘以或除以除2的冪以外的值，以下示例將向量移動(dòng)7次。

可以在硬件中使用cading shift實(shí)現(xiàn)非2次方的移位，例如，操作可以通過(guò)鏈接4位左移位器、2位左移位器和1位左移位器來(lái)完成7次左移位。

讓綜合器完成它的工作！綜合使工程師能夠在抽象層次上進(jìn)行設(shè)計(jì)，專注于功能，而不必陷入實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的泥潭，也不必過(guò)度關(guān)注特定ASIC或FPGA的功能。綜合編譯器將抽象功能模型轉(zhuǎn)換為目標(biāo)ASIC或FPGA的有效實(shí)現(xiàn)。雖然可以在更詳細(xì)的層面上仿真barrel shift行為，但這樣做通常沒(méi)有好處?，F(xiàn)代綜合編譯器使用移位運(yùn)算符識(shí)別抽象RTL模型中的barrel shift行為，并將在目標(biāo)設(shè)備中生成此功能的最佳實(shí)現(xiàn)。對(duì)于不同的目標(biāo)設(shè)備，這種實(shí)現(xiàn)可能會(huì)有所不同，具體取決于該設(shè)備中可用的標(biāo)準(zhǔn)單元、LUT或門陣列。