有符号数的加法,从无符号的加法章节就提及过,只要加数有一方为有符号数,则和一定是有符号数,重点强调一下,大家千万不要从场景上分析,认为C = A+B一定是>0,则及时A和B有一个是有符号数,那么和就是无符号数,我们只能从电路结构上决定C是无符号,还是有符号,原因是,大家场景分析,往往只是从正常功能场景分析,而忽略了异常场景。 比如
A[1:0]:作为无符号数
2 | . .
1 | . . .
0 —|.——————.————————
|0 1 2 3 4 5 6
B[1:0]:作为有符号数
2 |
1 |. .
0 —|——.————.————————
-1 | .
0 1 2 3 4
C正常为:正常场景,C被当做无符号数,没有问题,与有符号数值一样。
2 |
1 |. . . . .
0 —|——————————————
-1 |
0 1 2 3 4
异常场景,或者说未来B[1:0]信号相位和幅度发生了变化
B[1:0]:作为有符号数
2 |
1 | .
0 —|——.————.————————
-1 |. .
0 1 2 3 4
C[2:0]:作为有符号数(-4~3)波形
3 | .
2 |
1 | . .
0 —|——————————————
-1 |. .
0 1 2 3 4
C[2:0]:作为无符号数(0~8)波形, 0,1 两个坐标点,3,4两个坐标点,就存在很大幅度跳变
7 |. .
6 |
5 |
4 |
3 | .
2 |
1 | . .
0 —|——————————————
-1 |
0 1 2 3 4
所以C应该按照有符号处理,即便,从算法角度,希望C后续按照无符号进行后续计算处理,
也应该是做一个C的有符号到无符号转换,专访方式其实很简单就是,把C最高位取反,上面的里面即
C_UNSIGN = {~C[2],C[1:0]}
这样异常场景,C_UNSIGN的波形为,这样,只是增加直流分量,其幅度仍然没有变化:
7 | .
6 |
5 | . .
4 |
3 |. .
2 |
1 |
0 —|——————————————
-1 |
0 1 2 3 4
上面小节,主要跟大家强调,进行有符号运算,其和一定是有符号的,按照电路结构进行设计,如果根据场景需要把和作为无符号数使用,需要单独进行有符号到无符号转换,这个是电路结构的转换,不是简单定一个$signed去转换类型。有符号加法的Verilog实现形式,推荐两种方式:
方式一:传统方式,手动扩位,实现左右位宽匹配,扩位为符号位,另外信号输入有符号数,一定要显示定义,Verilog默认不定义就是无符号类型
1 localparam A_WIDTH = 16;
2 localparam B_WIDTH = 8;
3 // Sumation result width should be 1 bit more than biggest widht of adder factor
4 localparam C_WIDTH = if (A_WIDTH > B_WIDTH) ? A_WIDTH + 1'b1 : B_WIDTH + 1'b1;
5
6 reg signed [A_WIDTH-1 : 0] a;
7 reg signed [B_WIDTH-1 : 0] b;
8
9 reg signed [C_WIDTH-1 : 0] c;
10 reg unsigned [C_WIDTH-1 : 0] c_unsigned;
11
12 always @(*) begin
13 c = {(C_WIDTH-A_WIDTH){a[A_WIDTH-1]}},a} +
{{C_WIDTH-B_WIDTH{b[B_WIDITH-1]}},b};
14 end
15
16 always @(*) begin
17 c_unsigned = {~c[C_WIDTH-1],c[C_WIDTH-2:0]};
18 end
方式二: Synopsys推荐,直接定义好符号类型,和的位宽按照运算法则定义好,实际+地方不作位宽匹配,工具自动识别
1 localparam A_WIDTH = 16;
2 localparam B_WIDTH = 8;
3 // Sumation result width should be 1 bit more than biggest widht of adder factor
4 localparam C_WIDTH = if (A_WIDTH > B_WIDTH) ? A_WIDTH + 1'b1 : B_WIDTH + 1'b1;
5
6 reg signed [A_WIDTH-1 : 0] a;
7 reg signed [B_WIDTH-1 : 0] b;
8
9 reg signed [C_WIDTH-1 : 0] c;
10 reg unsigned [C_WIDTH-1 : 0] c_unsigned;
11
12 always @(*) begin
13 c = a + b;
14 end
15
16 always @(*) begin
17 c_unsigned = {~c[C_WIDTH-1],c[C_WIDTH-2:0]};
18 end
另种方式,综合效果是一样,个人还是推荐方式一,虽然写代码时间多花一点,但是整个代码更干净整洁,后续工具检查的Warning少,便于从LOG中检查出真正位宽不匹配的点,否则有很多这种伪不匹配Warning,LOG查看会非常费劲。 另外,强调一点,代码的编写从来都不是我们集成电路设计真正的瓶颈,真正时间是用于场景分析,需要分析,数据流分析,电路实现。代码编写只是我们设计思路的映射,所以初学者切忌不要被一些语言工具厂商或者教科书忽悠,认为作集成电路就是写Verilog,花大量时间学习和记忆一些枯燥的语法,大家会从我给的Demo看到,RTL 设计实现用的Verilog 语法都非常简单。我们核心是作逻辑时序和电路实现。