2020年4月1日 星期三

2's Complement in Verilog (2'補數)

2's Complement in Verilog


1)gate level 
//=========================
//gate level HDL
//=========================
module two_complement(I,O);
input [3:0]I;
output [3:0]O;
wire w1,w2;

buf u1(O[0],I[0]);
xor u2(O[1],I[0],I[1]);
or  u3(w1,I[0],I[1]);
or  u4(w2,I[0],I[1],I[2]);
xor u5(O[2],I[2],w1);
xor u6(O[3],I[3],w2);


endmodule

Test bench
// 時間單位 100ns, 時間精確度100 ps
`timescale 100ns/100ps    
module Test_bench;
/*
module two_complement(I,O);
*/

// Inputs
reg [3:0]I=4'b0;
// Outputs
wire [3:0]O;

integer i;

// Instantiate the Unit Under Test (UUT)

two_complement UUT (I,O);

initial begin
  $monitor (I,O);
 for(i =0; i<=20; i=i+1)
begin
#20 I= I+1;
end  
end
endmodule


2) DataFlow Level
//=========================
//Dataflow level HDL
//=========================
// & bit-wise AND
// ^ bit-wise XOR
// | bit-wise OR

module two_complement(I,O);
input [3:0]I;
output [3:0]O;

assign O[0]=I[0];
assign O[1]= (I[0] ^ I[1]);
assign O[2]= (I[2] ^ (I[1] | I[0]));
assign O[3]= (I[3] ^ (I[2] | I[1] | I[0]));
endmodule

3) Behavior Level Case


//=========================
//Behavior level HDL : Case
//=========================
// & bit-wise AND
// ^ bit-wise XOR
// | bit-wise OR

module two_complement(I,O);
input [3:0]I;
output reg [3:0]O;

always @(*) begin
case (I) 
0: O=4'b0000;
1: O=4'b1111;
2: O=4'b1110;
3: O=4'b1101;
4: O=4'b1100;
5: O=4'b1011;
6: O=4'b1010;
7: O=4'b1001;
8: O=4'b1000;
9: O=4'b0111;
10: O=4'b0110;
11: O=4'b0101;
12: O=4'b0100;
13: O=4'b0011;
14: O=4'b0010;
15: O=4'b0001;
endcase
end
endmodule


4) Behavior Level  if else

//=========================
//Behavior level HDL : if else
//=========================
// & bit-wise AND
// ^ bit-wise XOR
// | bit-wise OR

module two_complement(I,O);
input [3:0]I;
output reg [3:0]O;

always @(*) begin
if(I==4'd0) 
O=4'b0000;
else if (I==4'd1)
O=4'b1111;
else if (I==4'd2)
O=4'b1110;
else if (I==4'd3)
O=4'b1101;
else if (I==4'd4)
O=4'b1100;
else if (I==4'd5)
O=4'b1011;
else if (I==4'd6)
O=4'b1010;
else if (I==4'd7)
O=4'b1001;
else if (I==4'd8)
O=4'b1000;
else if (I==4'd9)
O=4'b0111;
else if (I==4'd10)
O=4'b0110;
else if (I==4'd11)
O=4'b0101;
else if (I==4'd12)
O=4'b0100;
else if (I==4'd13)
O=4'b0011;
else if (I==4'd14)
O=4'b0010;
else
O=4'b0001;
end
endmodule




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