HDLbits exercises 2 (MODULES节选题)

目录

1\ module​​​​​​​

2\ module pos

3\ MODULE SHIFT 

4\ MODILE SHIFT8

5\ MODULE ADD

6\ MODULE FADD

7\ MODULE CSELADD

8\ MODULE ADDSUB

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1\ module

知识点：

将信号连接到模块端口

将电线连接到端口有两种常用的方法：按位置或按名称。

按位置

按位置将电线连接到端口的语法应该很熟悉，因为它使用类似 C 的语法。实例化模块时，端口根据模块的声明从左到右连接。例如：

mod_a instance1 ( wa, wb, wc );

这将实例化一个类型的模块mod_a并为其提供实例名称“instance1”，然后将信号wa（在新模块之外）连接到新模块的第一个端口 ( in1)、wb第二个端口 ( in2) 和wc第三个端口 ( out）。这种语法的一个缺点是，如果模块的端口列表发生更改，则还需要找到并更改模块的所有实例以匹配新模块。

按名字

按名称将信号连接到模块的端口可以使电线保持正确连接，即使端口列表发生更改。然而，这种语法更加冗长。

mod_a instance2 ( .out(wc), .in1(wa), .in2(wb) );

上面的行实例化了一个mod_a名为“instance2”类型的模块，然后将信号wa（模块外部）连接到名为的端口、 名为in1的wb端口和名为的端口。请注意这里的端口顺序是如何无关的，因为无论其在子模块端口列表中的位置如何，都将使用正确的名称进行连接。还要注意此语法中端口名称之前的句点。

2\ module pos

You must connect the 6 ports by position to your top-level module's ports out1, out2, a, b, c, and d, in that order.

ERRO:

module top_module ( 
    input a, 
    input b, 
    input c,
    input d,
    output out1,
    output out2
);  

    mod_a inst(.out(out1),.out(out2),.in(a),.in(b),.in(c),.in(d));

endmodule

CORRECT:

module top_module ( 
    input a, 
    input b, 
    input c,
    input d,
    output out1,
    output out2
);

    mod_a inst(out1,out2,a,b,c,d);//按位置连接

endmodule

相比于按位置连接，我还是喜欢按名字连接，比较清晰明朗。

3\ MODULE SHIFT 

ERRO: 

module top_module ( input clk, input d, output q );

    wire clk1,clk2,clk3;
    wire d1,d2,d3;
    wire q1,q2,q3;
    mydff1 inst1(.clk1(clk),.d1(d),.q1(d2));
    mydff2 inst2(.clk2(clk),.d2(q1),.q2(d3));
    mydff3 inst3(.clk13(clk),.d3(q2),.q3(q));

endmodule

CORRECT:

module top_module ( input clk, input d, output q );
    wire temp1;
    wire temp2;
    my_dff block1(clk,d,temp1);
    my_dff block2(clk,temp1,temp2);
    my_dff block3(clk,temp2,q);
endmodule
 

HINT:

my_dff里的各个信号都没有名称，因此肯定是按位置进行搭建。然后有多个子模块，这种问题的处理办法就是设置中间变量。

4\ MODILE SHIFT8

ERRO:

module top_module ( 
    input clk, 
    input [7:0] d, 
    input [1:0] sel, 
    output [7:0] q 
);

    wire [7:0] t1,t2,t3;
    my_dff8 inst1(clk,d,t1);
    my_dff8 inst2(clk,t1,t2);
    my_dff8 inst3(clk,t2,t3);
                                
    case(sel):
        begin
        00:q<=d;
        01:q<=t1;
        10:q<=t2    
        11:q<=t3;
        default
        end
    endcase 

endmodule

CORRECT:

module top_module ( 
    input clk, 
    input [7:0] d, 
    input [1:0] sel, 
    output [7:0] q 
);

    wire [7:0] t1,t2,t3;
    my_dff8 inst1(clk,d,t1);
    my_dff8 inst2(clk,t1,t2);
    my_dff8 inst3(clk,t2,t3);
    // This is one way to make a 4-to-1 multiplexer    
    always @(*)// Combinational always block
        begin
            case(sel)
            2'b00:q<=d;
            2'b01:q<=t1;
            2'b10:q<=t2;
            2'b11:q<=t3;
            default;
            endcase
        end
    
endmodule

HINT:

case要放在always块里面；always写完后随机写上begin和end；00,01这种记得加上数据类型和位数；每行记得加分号。

5\ MODULE ADD

Connect the modules together as shown in the diagram below. The provided module add16 has the following declaration:

module add16 ( input[15:0] a, input[15:0] b, input cin, output[15:0] sum, output cout );

 ERRO:

module top_module(
    input [31:0] a,
    input [31:0] b,
    output [31:0] sum
);
    wire [15:0] low_out;
    wire [15:0] high_out;
    wire temp_cout;
    wire cout;
    
    add16 low (a[15:0],b[15:0],0,temp_cout,low_out);
    add16 high(a[31:16],b[31:16],temp_cout,cout,high_out);
    assign sum={high_out,low_out};    
endmodule

CORRECT:

module top_module(
    input [31:0] a,
    input [31:0] b,
    output [31:0] sum
);
    wire [15:0] low_out;
    wire [15:0] high_out;
    wire temp_cout;
    wire cout;
    
    add16 low (a[15:0],b[15:0],0,low_out,temp_cout);
    add16 high(a[31:16],b[31:16],temp_cout,high_out,cout);
    assign sum={high_out,low_out};    
endmodule

HINT:

要注意题干所给信息，不要把信号位置弄反。

6\ MODULE FADD

In this exercise, you will create a circuit with two levels of hierarchy. Your top_module will instantiate two copies of add16 (provided), each of which will instantiate 16 copies of add1 (which you must write). Thus, you must write two modules: top_module and add1.

ERRO:

记得写add1代码！！！！！！！！！！！！！！！！

CORRECT:

module top_module (
    input [31:0] a,
    input [31:0] b,
    output [31:0] sum
);

    wire temp_cout;
    add16 low (a[15:0],b[15:0],0,sum[15:0],temp_cout);
    add16 high (a[31:16],b[31:16],temp_cout,sum[31:16]);
endmodule

module add1 ( input a, input b, input cin,   output sum, output cout );
    assign sum=a^b^cin;
    assign cout=a&b|a&cin|b&cin;
    /* assign {cout,sum} = a + b + cin; *///表示将加法的进位位和求和位进行拼接，正好等于a+b+cin
    
endmodule

HINT:

​​​​​​​Full adder equations:
sum = a ^ b ^ cin
cout = a&b | a&cin | b&cin

7\ MODULE CSELADD

In this exercise, you are provided with the same module add16 as the previous exercise, which adds two 16-bit numbers with carry-in and produces a carry-out and 16-bit sum. You must instantiate three of these to build the carry-select adder, using your own 16-bit 2-to-1 multiplexer.

Connect the modules together as shown in the diagram below. The provided module add16 has the following declaration:

module add16 ( input[15:0] a, input[15:0] b, input cin, output[15:0] sum, output cout );

 CORRECT1:

module top_module(
    input [31:0] a,
    input [31:0] b,
    output [31:0] sum
);

    wire cout1,cout2,cout3;
    wire [15:0] e,f;
    
    add16 high1 (a[31:16],b[31:16],0,e,cout1);
    add16 high2 (a[31:16],b[31:16],1,f,cout2);
    add16 low (a[15:0],b[15:0],0,sum[15:0],cout3);
    
    always @(*)
        begin
            case(cout3)
                2'b00:
                    sum[31:16]<=e;
                2'b01:
                    sum[31:16]<=f;
                default;
            endcase
        end
    
endmodule
 

CORRECT2:

module top_module(
    input [31:0] a,
    input [31:0] b,
    output [31:0] sum
);
    wire [15:0] highout0;
    wire [15:0] highout1;
    wire cout;
    
    add16 low(a[15:0],b[15:0],0,sum[15:0],cout);
    add16 high0(a[31:16],b[31:16],0,highout0);
    add16 high1(a[31:16],b[31:16],1,highout1);
    
    assign sum[31:16]=cout? highout1:highout0;
endmodule

8\ MODULE ADDSUB

An adder-subtractor can be built from an adder by optionally negating one of the inputs, which is equivalent to inverting the input then adding 1. The net result is a circuit that can do two operations: (a + b + 0) and (a + ~b + 1). See Wikipedia if you want a more detailed explanation of how this circuit works.

Build the adder-subtractor below.

You are provided with a 16-bit adder module, which you need to instantiate twice:

module add16 ( input[15:0] a, input[15:0] b, input cin, output[15:0] sum, output cout );

Use a 32-bit wide XOR gate to invert the b input whenever sub is 1. (This can also be viewed as b[31:0] XORed with sub replicated 32 times. See replication operator.). Also connect the sub input to the carry-in of the adder.

 ERRO:

module top_module(
    input [31:0] a,
    input [31:0] b,
    input sub,
    output [31:0] sum
);

    wire t,cout;
    wire [31:0] B;
    
    assign B=b^sub;
    
    add16 inst1(a[15:0],B[15:0],sub,sum[15:0],t);
    add16 inst2(a[31:16],B[31:16],t,sum[31:16],cout);
    
endmodule

CORRECT:

module top_module(
    input [31:0] a,
    input [31:0] b,
    input sub,
    output [31:0] sum
);

    wire t,cout;
    wire [31:0] B;
    
    assign B=b^{32{sub}};
    
    add16 inst1(a[15:0],B[15:0],sub,sum[15:0],t);
    add16 inst2(a[31:16],B[31:16],t,sum[31:16],cout);
    
endmodule

HINT: