1.层次化设计
数字电路中根据模块层次不同有两种基本的结构设计方法:自底向上的设计方法和自顶向下的设计方法
1.1 自底向上的设计方法(Bottom-Up)
自底向上的设计是一种传统的设计方法,对设计进行逐次划分的过程是从存在的基本单元出发的(基本单元是已有的或者是购买的),有基本单元构建高层单元,依次向上,直至构建系统
- 首先对现有的功能块进行分析,只用这些已经存在的模块,搭建比较大的功能块
1.2 自上而下的设计方法(Top-Down)
从系统开始,把系统分为基本单元,然后再把每个单元划分为下一层次的基本单元,一直这样做下去,直到直接可以使用EDA元件库中的元件来实现为止
- 先确定顶层模块
- 划分子模块
- 对子模块进行分解
- 实现最小的模块
1.3 混合设计
2.全加器设计
- 使用半加器实现一个全加器
- 使用按键KEY1,KEY2,KEY3表示in_1,in_2,c_in
- LED1,LED2分别表示sum,c_out
2.1 框图和波形
将顶层模块进行继续划分
2.2 代码编写
- 顶层模块和子模块放在同一个文件夹下,顶层模块可以例化子模块
module half_adder(
input wire in_1,
input wire in_2,
output wire sum,
output wire count
);
assign {count,sum} = in_1 + in_2;
endmodule
module full_adder(
input wire in_1, // 输入两个加数和一个低位进位
input wire in_2,
input wire cin,
output wire sum, // 输出和 进位
output wire count
);
// 例化过程中需要引出的线,单独进行命名
// 第一个半加器的输出 sum -- 顶层没有定义子模块的输出,所以要自己定义
// 声明两个变量,将第一个半加器的输出引出来
// 可以对变量进行重新进行命名
wire h0_sum;
wire h0_count;
// 将第二个半加器的输出引出来
wire h1_count;
half_adder half_adder_inst1(
.in_1 (in_1), // 输入in_1 in_2
.in_2 (in_2),
.sum (h0_sum), // in_1 ^ in_2
.count (h0_count) // in_1 & in_2
);
half_adder half_adder_inst2(
.in_1 (cin), // 输入是第一个半加器的输入和进位
.in_2 (h0_count),
.sum (sum), // 输出是 in_1 ^ in_2 ^ cin
.count (h1_count) // 进位是 (in_1 ^ in_2) & cin + in_1 & in_2
);
assign count = (h0_count | h1_count);
endmodule
- 进行代码编译,检查是否出错
- 需要将子模块和顶层模块都添加到工程当中进行编译
2.3 Testbench
`timescale 1ns/1ns
module tb_full_adder();
reg in_1;
reg in_2;
reg cin;
wire sum;
wire count;
initial begin
in_1 <= 1'b0;
in_2 <= 1'b0;
cin <= 1'b0;
end
initial begin
$timeformat(-9,0,"ns",6);
$monitor("@time:time=%t,in_1=%b,in_2=%b,cin=%b,sum=%b,count=%b",$time,in_1,in_2,cin,sum,count);
end
always #10 in_1 = {$random} % 2;
always #10 in_2 = {$random} % 2;
always #10 cin = {$random} % 2;
full_adder full_adder_inst(
.in_1 (in_1),
.in_2 (in_2),
.cin (cin),
.sum (sum),
.count (count)
);
endmodule
- 添加仿真文件进行仿真