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P1做题记录

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P1
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Verilog
pigKiller

本次的三道题目主要考插入了组合逻辑中的乘法、moore状态机和状态机。

分享一下自己的做法，欢迎大家批评指正。

向量乘法

本题的要求是将ver_a和ver_b两个32位向量数进行逐位相乘，再把每一位的结果加起来作为输出。

可以把这道题分为两个部分：

  1. 逐位相乘
  2. 相加

首先，对于逐位相乘。1位二进制数的乘法和与操作等价，故可以把ver_a和ver_b进行与操作，这样便捷地实现了逐位相乘的效果。

其次，对于诸位相加，我采用的方法是使用for循环实现，在verilog中for循环只能在always块（或initial块）中使用。而本题是一道组合逻辑的题目，故采用always @(*)，实现组合逻辑。

由于位数不是特别多，本题的另一种方法是Ctrl cv大法，万一以后有更大规模的数据，全面准备吧（）

代码框架为：

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assign ver=ver_a&ver_b;
//i也可以是integer型变量
for(i=0;i<32;i++) begin
	sum=sum+ver[i];

筛子涂色问题

这道题是一道moore型状态机问题，根据当前状态的输入（涂色），进行状态转移（涂色后目前的颜色是什么）。但是需要注意的是，尽管是moore型状态机，但是错误信息需要在当前周期就进行输出。

我的思路是这样的，一共四个状态：初始状态S0、红S1、蓝S2、绿S3。再使用一个寄存器保存了当前颜色出现了多少次。

如果红和绿相遇了，或者当前的颜色出现到第三次，按照题意，清除上一次的输入，故只需要将输出置1，并不需要进行状态转移。

展示一个状态的伪代码：

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//...
if(status==`Red) begin
    if(in==`red) begin
        if(count==2)  Is_Error;
        else  Is_good;
    end
    else if(in==`green) Is_error;
    else begin
       count=1;
       //balabala
    end
end

个人觉得，相比更面向硬件的logisim，verilog很好的一点就是状态转移的一大部分用一个else就可以。

随着见到了越来越多的检查型的状态机题目，不少是一个不符合就需要扔到初始状态或者垃圾桶状态，logisim中的线路连接很烦，但是verilog只需要一个else

异步复位问题

另外这一题值得一说的就是异步复位问题，在之前的课下中，我们所见过的复位都是高电平有效，而这道题目的异步复位信号是低电平有效。

先来看下这段代码：

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always @(rst_n) begin
    if(rst_n==0) begin
        //reset
    end
end

always @(posedge clk) begin
    //balabala...
end

这段代码是不能实现异步复位操作的，为何：

  1. always模块是响应信号变化，如果rst_n一直是低电平，则只有最初的由高电平转为低电平的那个下降沿会被always响应。如果后续一直是低电平，则无法响应
    • 如果想要实现操作，则应该在下面一个always块中加上if(rst_n==0)，但是这样此拆分成两个always块就显得有些多次一举了
  2. 这样写还有一个规范问题，那就是reset会无可避免地修改状态量，在两个always模块中都对变量进行赋值，这是不符合规范的，应该避免

正确的异步复位操作可以是这样的：

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always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(rst_n==0)
        //reset
    else
    	//balabala...
end

  • 如果rst_n一直是低电平，则会在时钟沿被识别进行同步复位。

  • 如果rst_n是由高电平变为低电平，则必然有一个下降沿过程，可以用negedge进行识别信号

数字上升下降匹配

这道题有两种做法，一种是设计具有6个状态的状态机，在读入时进行状态转移和匹配；另一种的做法更为普遍，是识别数据的上升下降，如果匹配了上升下降+数量匹配，则输出。

状态机

输入只有1-5，故可以设计一个6状态状态机，记录当前序列到哪里了。

如果连续输入的数是奇数个（分析见下），则顺利转移到下一个状态，否则报错。

这里状态机的书写并不难，就略去状态转移图和代码了。

上升下降匹配

这是一种更为普遍的做法。本体的数据输入只有1-5，还可以用状态机解决，但是如果大胆一点，把输入扩展到1-100，手写101种状态的状态机显然是不太显示，这时候这种方法依然能解决，具有较强的适应性。

分析题目：

  1. 对于数据，上升下降必须是相邻的，n的下一个输出只能是n-1或n+1，并且上升下降性质必须不变
  2. 同一个数字在上升下降中分别出现奇数次
    1. 这道题需要解决的就是12233221并不匹配，因为两个2完成了“贪婪匹配”，3并不包在序列中，像一个俄罗斯方块一样，只要同一个数字相邻出现偶数次就相消了：12223321和123321相比，如果是正确的数字，重复的数字必须在相邻处完成匹配。
    2. 实际上这个问题相当好解决，只需要检查一侧的正确性，如果一个数，重复出现了奇数次，相当于只出现了一次；重复出现了偶数次，则相当于没出现。
    3. 用一个寄存器存下当前数字相邻出现了几次，在下一个更大数/更小数来临时，则可以判断是否是正确的序列

给出部分伪代码：

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if(IsDown) begin
    if(number==num_now+1 && cnt%2==1) begin
        cnt<=1;
    end
    else if(number==num_now) begin
        cnt<=cnt+1;
    end
    else if(number==num_now-1) begin
        IsDown=1;
        cnt<=cnt+1;
    end
    num_now<=number;
end
| CC BY-NC-SA 4.0 ❤️ 0
廖鹏飞

同学你好，看了你关于异步复位部分的讲解，我有很多收获。之前我对于异步复位的理解仅限于代码实现方式上（只会写不会解释），通过这篇详细的总结，我完全理解了异步复位的各种细节。

但是，我还有一个问题，这样的实现方式对下降沿（上升沿）敏感，但要是rst_n一开始就是0这种情况如何正确对状态置初值呢？或者说如果rst_n一直保持0，如何正确实现清零操作？

| 保留所有权利 ❤️ 0
朱雄伟 回复 廖鹏飞

rst_n一直为0的话，当clk上升沿到来时，也会执行reset操作，希望能帮到你

| 保留所有权利 ❤️ 0
fysszlr 回复 廖鹏飞

同学你好，一般来说题目会保证在数据到来前清零，所以不需要担心类似的情况，希望能帮到你~

| CC BY-NC-ND 4.0 ❤️ 0
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