我是靠谱客的博主 舒心跳跳糖,最近开发中收集的这篇文章主要介绍Verilog实现常见电路(三),觉得挺不错的,现在分享给大家,希望可以做个参考。

概述

目录:

一、边沿检测

二、串并转换

三、分频器

四、异步复位同步释放

五、序列信号产生器

六、序列检测器

七、双端口RAM

八、同步FIFO

九、异步FIFO

常见电路系列连接:

CSDNicon-default.png?t=M1L8https://mp.csdn.net/mp_blog/creation/editor/122940873CSDNicon-default.png?t=M1L8https://mp.csdn.net/mp_blog/creation/editor/122991113七、双端口RAM

module dualram#(
    parameter ADDR_WIDTH = 4,
              DATA_WIDTH = 8,
              DATA_DEPTH = 8
)(
    input rd_clk,
    input wr_clk,
    input rst_n,
//port a
    input wr_en,
    input [3:0] wr_addr,
    input [7:0] wr_data,
//port b
    input rd_en,
    input [3:0] rd_addr,
    output reg [7:0] rd_data

);
reg [DATA_WIDTH-1:0] register [DATA_DEPTH-1:0];
integer i;

always@(posedge wr_clk or negedge rst_n)
    if(~rst_n)begin
        for(i=0;i<DATA_DEPTH;i=i+1)begin
            register[i]<='h0;
        end
    end
    else if(wr_en)
        register[wr_addr]<=wr_data;

always@(posedge rd_clk or negedge rst_n)
    if(~rst_n)
        rd_data<='h0;
    else if(rd_en)
        rd_data<=register[rd_addr];
endmodule

仿真代码

`timescale  1ns / 1ps
module tb_dualram;   
// dualram Parameters
parameter PERIOD_WR      = 10;
parameter PERIOD_RD      = 20;
parameter ADDR_WIDTH  = 4;
// dualram Inputs
bit   rd_clk        ;
bit   wr_clk        ;
reg   rst_n         ;
reg   wr_en         ;
reg   [3:0]  wr_addr;
reg   [7:0]  wr_data;
reg   rd_en         ;
reg   [3:0]  rd_addr;
// dualram Outputs
wire  [7:0]  rd_data                       ;
reg [7:0] data;

initial
begin
    forever #(PERIOD_WR/2)  wr_clk=~wr_clk;
end

initial
begin
    forever #(PERIOD_RD/2)  rd_clk=~rd_clk;
end

initial
begin
    rst_n = 0;
    #(PERIOD_WR*2) rst_n  =  1;
    write_data(1,1);
    write_data(3,2);
    write_data(5,3);
    read_data(1,data);
    read_data(3,data);
    read_data(5,data);

end

task write_data(input int addr,input reg [7:0] data);
begin
    @(posedge wr_clk);
    wr_en <= 1;
    wr_addr <= addr;
    wr_data <= data;
    @(posedge wr_clk);
    wr_en <= 0;
end
endtask

task read_data(input int addr,output reg [7:0] data);
begin
    @(posedge rd_clk);
    rd_en <= 1;
    rd_addr <= addr;
    data <= rd_data;
    @(posedge rd_clk);
    rd_en <= 0;
end
endtask

dualram #(
    .ADDR_WIDTH ( ADDR_WIDTH ))
 u_dualram (
    .rd_clk                  ( rd_clk         ),
    .wr_clk                  ( wr_clk         ),
    .rst_n                   ( rst_n          ),
    .wr_en                   ( wr_en          ),
    .wr_addr                 ( wr_addr  [3:0] ),
    .wr_data                 ( wr_data  [7:0] ),
    .rd_en                   ( rd_en          ),
    .rd_addr                 ( rd_addr  [3:0] ),

    .rd_data                 ( rd_data  [7:0] )
);
endmodule

波形图

八、同步FIFO

FIFO是由读写控制逻辑加RAM构成的,实现FIFO的关键因素就是读写指针、空满标志。

读写指针通过wr_ptr、rd_ptr两个计数器来实现,空满标志通过count计数器来判断,写入一个计数器加一,读出一个计数器减一,当count==0时表示FIFO空,当count==depth时表示fifo满

module fifo_out#(
    parameter C_FIFO_DEPTH=128,
    parameter C_FIFO_WIDTH=8
)(
    input clk,
    input rst_n,

    input wr_vld,
    output wr_rdy,
    input [C_FIFO_WIDTH-1:0] data_i,

    output rd_vld,
    input rd_rdy,
    output reg [C_FIFO_WIDTH-1:0] data_o
);

function integer clogb2(input integer depth);
begin
    for(clogb2=0;depth>0;clogb2=clogb2+1)begin
        depth=depth >> 1;
    end 
end
endfunction

reg [C_FIFO_WIDTH-1:0] fifo_data [C_FIFO_DEPTH-1:0];
reg [clogb2(C_FIFO_DEPTH-1)-1:0] wr_ptr,rd_ptr;
reg [clogb2(C_FIFO_DEPTH-1)-1:0] count;
wire full,empty;
wire wr_en,rd_en;

assign wr_en=wr_vld && wr_rdy;
assign rd_en=rd_vld && rd_rdy;

always@(posedge clk or negedge rst_n)
    if(~rst_n)
        wr_ptr<='h0;
    else if(wr_ptr==C_FIFO_DEPTH-1)
        wr_ptr<='h0;
    else if(wr_en && ~full)begin
        fifo_data[wr_ptr]<=data_i;
        wr_ptr<= wr_ptr + 1'b1;
    end

always@(posedge clk or negedge rst_n)
    if(~rst_n)begin
        rd_ptr<='h0;
        data_o<='h0;    
    end
    else if(rd_ptr==C_FIFO_DEPTH-1)
        rd_ptr<='h0;
    else if(rd_en && ~empty)begin
        rd_ptr<=rd_ptr + 1'b1;
        data_o<=fifo_data[rd_ptr];
    end

always@(posedge clk or negedge rst_n)
    if(~rst_n)
        count<='h0;
    else begin
        case({wr_en,rd_en})
            2'b00:count<=count;
            2'b01:if(count!='h0)
                count<=count-1'b1;
            2'b10:if(count!=C_FIFO_DEPTH-1)
                count<=count+1'b1;
            2'b11:count<=count;
        endcase
    end

assign wr_rdy=wr_vld && ~full;
assign rd_vld=~empty;
assign empty = (count=='h0)? 1'b1:1'b0;
assign full = (count==C_FIFO_DEPTH-1)? 1'b1:1'b0;

endmodule

仿真代码

`timescale  1ns / 1ps 
module tb_fifo_out;   
// fifo_out Parameters
parameter PERIOD        = 10;
parameter C_FIFO_DEPTH  = 128;

// fifo_out Inputs
bit   clk          ;
reg   rst_n        ;
reg   wr_vld       ;
reg   [7:0]  data_i;
reg   rd_rdy       ;

// fifo_out Outputs
wire  wr_rdy       ;
wire  rd_vld       ;
wire  [7:0]  data_o;

initial
begin
    forever #(PERIOD/2)  clk=~clk;
end

initial
begin
    rst_n=0;
    rd_rdy=0;
    #(PERIOD*2) rst_n  =  1;
    write_data(128);
    #100;
    rd_rdy=1;
end

integer i;
task write_data(input int unsigned number);
begin
    for(i=0;i<number;i++)begin
        @(posedge clk);
        wr_vld<=1'b1;
        data_i<=($random)%20;
    end
    wr_vld<=0;
    data_i<=0;
end
endtask

fifo_out #(
    .C_FIFO_DEPTH ( C_FIFO_DEPTH ))
 u_fifo_out (
    .clk                     ( clk           ),
    .rst_n                   ( rst_n         ),
    .wr_vld                  ( wr_vld        ),
    .data_i                  ( data_i  [7:0] ),
    .rd_rdy                  ( rd_rdy        ),

    .wr_rdy                  ( wr_rdy        ),
    .rd_vld                  ( rd_vld        ),
    .data_o                  ( data_o  [7:0] )
);

endmodule

波形图

九、异步FIFO

异步FIFO因为读写不在一个时钟域,因此fifo的空满信号不能通过读写指针直接进行判断,空信号需要先将写指针转换为格雷码(因格雷码相邻数之间每次只有1bit发生变化)其次进行打两拍,最后将同步到读时钟域的写指针和读指针进行判断得到fifo的空状态;满状态同理将读指针同步到写时钟域进行判断。

写指针经过打拍后在同一时刻滞后于读指针,因此空是非空的,同理满是非满的,但不影响系统的正常工作

module fifo_async #(
    parameter C_FIFO_WIDTH=8,
              C_FIFO_DEPTH=32
)(
    input rst_n,
    input wr_clk,
    input wr_valid,
    output wr_ready,
    input [C_FIFO_WIDTH-1:0] data_in,
    
    input rd_clk,
    output rd_valid,
    input rd_ready,
    output reg [C_FIFO_WIDTH-1:0] data_out,

    output full,
    output empty

);

integer i;
function integer clogb2(input integer depth);
begin
    for(clogb2=0;depth>0;clogb2=clogb2+1'b1)begin
        depth=depth>>1;
    end 
end
endfunction

reg [C_FIFO_WIDTH-1:0] fifo_data [C_FIFO_DEPTH-1:0];
reg [clogb2(C_FIFO_DEPTH-1):0] wr_ptr,rd_ptr;
wire [clogb2(C_FIFO_DEPTH-1)-1:0] wr_ptr_ture,rd_ptr_ture;
wire [clogb2(C_FIFO_DEPTH-1):0] wr_ptr_gray;
wire [clogb2(C_FIFO_DEPTH-1):0] rd_ptr_gray;
reg  [clogb2(C_FIFO_DEPTH-1):0] wr_ptr_gray1,wr_ptr_gray2;
reg  [clogb2(C_FIFO_DEPTH-1):0] rd_ptr_gray1,rd_ptr_gray2;
wire wr_en,rd_en;

assign wr_en = wr_valid && wr_ready;
assign rd_en = rd_valid && rd_ready;

assign wr_ptr_ture = wr_ptr[clogb2(C_FIFO_DEPTH-1)-1:0];
assign rd_ptr_ture = rd_ptr[clogb2(C_FIFO_DEPTH-1)-1:0];

assign wr_ready=wr_valid && ~full;
assign rd_valid=~empty;


always@(posedge wr_clk or negedge rst_n)
    if(~rst_n)
        wr_ptr<='h0;
    else if(wr_en && ~full)begin
        fifo_data[wr_ptr_ture]<=data_in;
        wr_ptr<=wr_ptr+1'b1;
    end

always@(posedge rd_clk or negedge rst_n)
    if(~rst_n)begin
        rd_ptr<='h0;
        data_out<='h0;
    end
    else if(rd_en && ~empty)begin
        data_out<=fifo_data[rd_ptr_ture];
        rd_ptr<=rd_ptr+1'b1;
    end

//binary2gray
assign wr_ptr_gray = (wr_ptr>>1) ^ wr_ptr;
assign rd_ptr_gray = (rd_ptr>>1) ^ rd_ptr;

always@(posedge rd_clk or negedge rst_n)
    if(~rst_n)begin
        wr_ptr_gray1<='h0;
        wr_ptr_gray2<='h0;
    end
    else begin
        wr_ptr_gray1<=wr_ptr_gray;
        wr_ptr_gray2<=wr_ptr_gray1;
    end

always@(posedge wr_clk or negedge rst_n)
    if(~rst_n)begin
        rd_ptr_gray1<='h0;
        rd_ptr_gray2<='h0;
    end
    else begin
        rd_ptr_gray1<=rd_ptr_gray;
        rd_ptr_gray2<=rd_ptr_gray1;
    end

assign empty = (wr_ptr_gray2==rd_ptr_gray)? 1'b1: 1'b0;
assign full  = (wr_ptr_gray[7:0]=={~(rd_ptr_gray2[clogb2(C_FIFO_DEPTH-1)-:2]),rd_ptr_gray2[clogb2(C_FIFO_DEPTH-1)-2:0]})? 1'b1: 1'b0;

endmodule

仿真代码

`timescale  1ns / 1ps   
module tb_fifo_async;   
// fifo_async Parameters
parameter WR_PERIOD        = 10;
parameter RD_PERIOD        = 20;
parameter C_FIFO_WIDTH  = 8;
parameter C_FIFO_DEPTH  = 128;
// fifo_async Inputs
reg   rst_n                      ;
bit   wr_clk                     ;
bit   rd_clk                     ;
reg   wr_valid                   ;
reg   [C_FIFO_WIDTH-1:0]  data_in;
reg   rd_ready                   ;
// fifo_async Outputs
wire  wr_ready                             ;
wire  rd_valid                             ;
wire  [C_FIFO_WIDTH-1:0]  data_out         ;
wire  full                                 ;
wire  empty                                ;

always #(WR_PERIOD/2)  wr_clk=~wr_clk;
always #(RD_PERIOD/2)  rd_clk=~rd_clk;

initial
begin
    rst_n = 0;
    wr_valid=1'b0;
    rd_ready=1'b0;
    #(WR_PERIOD*2) rst_n  =  1;
    #(WR_PERIOD*2);
    generate_data(130);
    #100;
    rd_ready = 1'b1;
end

integer i;
task generate_data(input int unsigned number);
begin
    for(i=0;i<number;i=i+1)begin
        @(posedge wr_clk);
        wr_valid<=1'b1;
        data_in<=($random)%20;
    end
    wr_valid<=1'b0;
    data_in<='h0;
end
endtask

fifo_async #(
   .C_FIFO_WIDTH ( C_FIFO_WIDTH ),
   .C_FIFO_DEPTH (C_FIFO_DEPTH  )

)u_fifo_async (
    .rst_n                   ( rst_n                        ),
    .wr_clk                  ( wr_clk                       ),
    .wr_valid                ( wr_valid                     ),
    .data_in                 ( data_in   [C_FIFO_WIDTH-1:0] ),
    .rd_clk                  ( rd_clk                       ),
    .rd_ready                ( rd_ready                     ),

    .wr_ready                ( wr_ready                     ),
    .rd_valid                ( rd_valid                     ),
    .data_out                ( data_out  [C_FIFO_WIDTH-1:0] ),
    .full                    ( full                         ),
    .empty                   ( empty                        )
);
endmodule

波形图

最后

以上就是舒心跳跳糖为你收集整理的Verilog实现常见电路(三)的全部内容,希望文章能够帮你解决Verilog实现常见电路(三)所遇到的程序开发问题。

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