Verilog带符号数运算摘要：介绍了Verilog带符号数的不同运算。因为Reg和Wire数据默认情况下是无符号的，而在数据处理的情况下，Verilog既要对带符号数据进行各种运算，也要对无符号数和带符号数进行运算，所以简单使用Verilog提供的运算符是不够的。因此研究不同类型数据运算的通用方法是必要的。关键词：Verilog；带符号数；补码；算术运算中图分类号：TN911?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2015）03?0160?03OperationofnumberswithsymbolsbyVerilogHUIWei?jun，SHENZhao?jun（YanchengInstituteofTechnology，Yancheng224051，China）Abstract：DifferentoperationsofdatawithsymbolsbyVerilogareintroduced.RegandWiredatainthecaseofdefaultisunsigned，butinthecaseofdataprocessing，avarietyofoperationsofdatawithsymbolsareperformedbyVerilog，andtheunsignedandsignedwithnumbersneedtobeprocessed.However，itisnotenoughtousetheoperationsymbolsprovidedbyVerilog.Itisnecessarytoresearchthegeneralmethodforvarioustypesofdataoperation.Keywords：Verilog；numberwithsymbol；twoscomplement；arithmeticoperation0引言Verilog语言是目前流行的一种硬件描述语言。它的最大的优点是简单、规范，语法规则与C语言十分相似。然而，作为一种描述语言，Verilog不具备C语言丰富的数据类型和数据处理能力。Verilog95中能处理带符号数数据类型是整型，而整型的默认位宽是32位，且位宽不能改变，因而限制了整型数的使用。为了解决这个问题，Verilog2001版本增加了对带符号数处理的支持，虽然如此，Verilog对数据处理仍然有很多问题。本文以Verilog2001为版本，重点讨论带符号数的算术运算，并给出Verilog程序和仿真结果，同时，本文也讨论了带符号数的其他运算情况。1加、减运算Verilog2001处理带符号数加减运算很简单，只要在定义数组是使用关键字signed即可：moduleadd_signed（a，b，sum）；inputsigned[7：0]a，b；outputsigned[7：0]sum；assignsum=a+b；endmodule仿真结果如图1所示。图1加法仿真结果Verilog处理带符号数和无符号数运算时候，默认是把带符号数转换为无符号数。因此，对于带进位加法或者带借位减法运算，如果不加处理就会发生错误：moduleaddc（a，b，c，sum）；inputsigned[7：0]a，b；inputc；outputsigned[8：0]sum；assignsum=a+b+c；endmodule仿真如图2所示，可知结果是错误的，原因是a和b高位扩展加零。改进的方法是把带符号数进行符号扩展：assignsum={a[7]，a}+{b[7]，b}+c；图2带符号数和无符号数加法仿真错误结果图3所示仿真表明结果是正确的。也可以用系统函数把无符号数转换为带符号数参加运算：assignsum=a+b+$signed（c）；所得仿真结果将会相同。不同的是，系统函数$signed不能综合，具有$signed的代码只能用于仿真。图3带符号数和无符号数加法仿真正确结果2乘法运算两个带符号数乘法运算的处理与加法运算相似，只需在定义端口的时候使用关键字signed即可：modulemult（a，b，prod）；inputsigned[7：0]a；inputsigned[7：0]b；outputsigned[15：0]prod；assignprod=a*b；endmodule如图4所示的仿真表面结果是正确的。当然，实现一个带符号数和无符号数的乘法的时候，默认是把带符号数高位全部扩展为零，因而，用乘法运算符实现的乘法结果将会是错误的，如图5所示。modulemult（a，b，prod）；inputsigned[7：0]a；input[7：0]b；outputsigned[15：0]prod；assignprod=a*b；endmodule图5带符号数与无符号数乘法仿真错误结果解决方法是可以用函数$signed把上述代码中的无符号数b转换为带符号数，此时代码就不可综合。实现通用的两个数乘法的算法，基本的思路是用移位加的方式实现。其算法基础是认为补码是一个权重码，位宽为n的向量存放补码，其MSB的权为[-2n-1，]其他位的权为[2i，]i的取值范围为0≤i≤n-2。当两个位宽为n的数相乘时，从右向左，逐位考察乘数索引为i的位的值，若为1，将被乘数左移i位，作为部分和加到结果中。若乘数最高为位1，因为权为[-2n-1，]所以被乘数要先取反加一，然后再左移n-1位。两个位宽为n的数相乘，...