【USTC】verilog 习题练习 21-25

21?基于端口名称的实例化

题目描述

创建一 verilog 电路，实现对模块 mod_a 基于端口名称的实例化，如下图所示：


其中mod_a模块的代码为：

module mod_a (
    output   out1,
    output   out2,
    input    in1,
    input    in2,
    input    in3,
    input    in4
);
    assign out1 = in1 & in2 & in3 & in4;    //这只是一个简单的示例
    assign out2 = in1 | in2 | in3 | in4;    //这只是一个简单的示例
endmodule

输入格式

输入信号 a, b, c, d，位宽 1bit。

输出格式

输出信号 out1, out2，位宽 1bit。

module mod_a (
    output   out1	,
    output   out2	,
    input    in1	,
    input    in2	,
    input    in3	,
    input    in4
);
    assign out1 = in1 & in2 & in3 & in4;    //这只是一个简单的示例
    assign out2 = in1 | in2 | in3 | in4;    //这只是一个简单的示例
endmodule

module top_module ( 
	input	a	,
    input	b	,
    input	c	,
    input	d	,
    output	out1,
    output	out2
);
    mod_a inst_name(
        .out1 (out1),
        .out2 (out2),
        .in1 (a),
        .in2 (b),
        .in3 (c),
        .in4 (d)
    );
endmodule

22?多个模块的例化

题目描述

对于给定模块my_dff，包含两个输入信号和一个输出信号（D触发器模块），其代码如下：
module my_dff(input clk,input d,output reg q);
?????? always@(posedge clk)
??? ?????? q <= d;
endmodule
请创建一verilog模块，在该模块中将my_dff模块例化3次，并串行连接，使其构成一个长度为3的移位寄存器，其中3个模块公用一个clk信号，如下图所示：
为实现电路功能，用户需要在顶层模块定义一些内部信号，从而能够将3个例化的模块进行连接。

输入格式

2个 1bit 位宽信号 clk、d

输出格式

1个 1bit 位宽信号 q

module my_dff(input clk,input d,output reg q);
	always@(posedge clk)
    	q <= d;
endmodule

module top_module ( input clk, input d, output q);
	wire out1,out2;
    my_dff inst1(.clk(clk),.d(d),.q(out1));
    my_dff inst2(.clk(clk),.d(out1),.q(out2));
    my_dff inst3(.clk(clk),.d(out2),.q(q));
endmodule

23??模块与向量信号

题目描述

对于给定模块 my_dff8，其代码如下所示：

module my_dff8(
input clk,
input [7:0] d,
output reg [7:0] q
);
    always@(posedge clk)
        q <= d;      
endmodule

试创建一 Verilog 模块，对 my_dff8 模块例化 3 次，并串行连接，构成一个 8bit 位宽长度为 3 的移位寄存器，同时可以通过选择信号选择输出结果，如下图所示：

输入格式

8bit 的任意有效输入

输出格式

根据 sel 信号，选择一个模块或者原输入作为输出信号

注意：创建一个4选1多路复用选择器(没有提供)，它根据sel[1:0]选择输出什么：在输入d处的值，在第一个D触发器之后、第二个D触发器之后或第三个D触发器之后。(本质上，sel选择多少周期来延迟输入，从0到3个时钟周期。

module my_dff8(
  input clk,
  input [7:0] d,
  output reg [7:0] q
);
	always@(posedge clk)
    	q <= d;
endmodule


module top_module(
  input clk,
  input [7:0] d,
  input [1:0] sel,
  output reg [7:0] q
);
  // Write your code here
    wire[7:0] out1,out2,out3;
    my_dff8 inst1(.clk(clk),.d(d),.q(out1));
    my_dff8 inst2(.clk(clk),.d(out1),.q(out2));
    my_dff8 inst3(.clk(clk),.d(out2),.q(out3));
  
    always @(*)
        case(sel)
            2'h0: q=d;
            2'h1: q=out1;
            2'h2: q=out2;
            2'h3: q=out3;
        endcase
endmodule

24?加法器

题目描述

对于给定的16bit加法器电路，其代码如下：
module add16 ( input[15:0] a, input[15:0] b, input cin, output[15:0] sum, output cout );
?????? assign {cout,sum} = a + b + cin;
endmodule
试创建一verilog模块，在该模块中实例化两个16bit的加法器，并进行适当的连接，最终构成一个32bit的加法器，该加法器输入进位位为0，如下图所示：

输入格式

32'b0 32'b0

输出格式

32'b0

注意：

给定一个执行16位加法的模块add16。实例化两次来创建一个32位加法器。一个add16模块计算加法结果的低16位，在接收到第一个加法器的执行之后，第二个add16模块计算结果的高16位。设计的32位加法器不需要处理低位的进位(假设为0)或向高位的进位(忽略)，但是内部模块需要正确连接才能正确地工作。(换句话说，add16模块执行16位a + b + cin，而设计的模块执行32位a + b)。

module add16 ( input[15:0] a, input[15:0] b, input cin, output[15:0] sum, output cout );
	assign {cout,sum} = a + b + cin;
endmodule

module top_module(
    input [31:0] a,
    input [31:0] b,
    output [31:0] sum
);
  wire in,out1,out2;
  assign in = 0;
  wire[15:0] sum1,sum2;
  add16 add1(.a(a[15:0]),.b(b[15:0]), .cin(in), .sum(sum1), .cout(out1));
  add16 add2(a[31:16], b[31:16], out1, sum2, out2);
  assign sum = {sum2, sum1};
endmodule

25 多层次例化加法器

题目描述

在此练习中，用户需要创建一个包含两层调用的电路，在顶层模块中，实例化两个16bit位宽的加法器add16,而add16模块又是通过例化16个1bit全加器实现的，如下图所示：

在本设计中，一共涉及到3个模块，分别是：顶层模块、add16模块、add1模块，其中add16模块源代码如下：

module add16 ( input[15:0] a, input[15:0] b, input cin, output[15:0] sum, output cout);
wire c1,c2,c3,c4,c5,c6,c7,c8,c9,c10,c11,c12,c13,c14,c15;

add1 inst_0(.a(a[0]),.b(b[0]),.cin(cin),.sum(sum[0]),.cout(c1));
add1 inst_1(.a(a[1]),.b(b[1]),.cin(c1),.sum(sum[1]),.cout(c2));
add1 inst_2(.a(a[2]),.b(b[2]),.cin(c2),.sum(sum[2]),.cout(c3));
add1 inst_3(.a(a[3]),.b(b[3]),.cin(c3),.sum(sum[3]),.cout(c4));
add1 inst_4(.a(a[4]),.b(b[4]),.cin(c4),.sum(sum[4]),.cout(c5));
add1 inst_5(.a(a[5]),.b(b[5]),.cin(c5),.sum(sum[5]),.cout(c6));
add1 inst_6(.a(a[6]),.b(b[6]),.cin(c6),.sum(sum[6]),.cout(c7));
add1 inst_7(.a(a[7]),.b(b[7]),.cin(c7),.sum(sum[7]),.cout(c8));
add1 inst_8(.a(a[8]),.b(b[8]),.cin(c8),.sum(sum[8]),.cout(c9));
add1 inst_9(.a(a[9]),.b(b[9]),.cin(c9),.sum(sum[9]),.cout(c10));
add1 inst_10(.a(a[10]),.b(b[10]),.cin(c10),.sum(sum[10]),.cout(c11));
add1 inst_11(.a(a[11]),.b(b[11]),.cin(c11),.sum(sum[11]),.cout(c12));
add1 inst_12(.a(a[12]),.b(b[12]),.cin(c12),.sum(sum[12]),.cout(c13));
add1 inst_13(.a(a[13]),.b(b[13]),.cin(c13),.sum(sum[13]),.cout(c14));
add1 inst_14(.a(a[14]),.b(b[14]),.cin(c14),.sum(sum[14]),.cout(c15));
add1 inst_15(.a(a[15]),.b(b[15]),.cin(c15),.sum(sum[15]),.cout(cout));
endmodule

现在，你需要完成顶层模块和add1模块的verilog代码。

输入格式

两个32位宽的加数a,b

输出格式

32位宽的和sum

注意：

本次设计共有三个模块：
top_module?— 顶层模块包括两个add16模块
add16, provided?— 一个16位加法器包括16个一位加法器
add1?— 一个一位全加器模块

module top_module (
    input [31:0] a,
    input [31:0] b,
    output [31:0] sum);
// add code
  wire in1,out1,out2;
    wire [15:0] sum1,sum2;
    assign in1=0;
    add16 add1 (a[15:0], b[15:0], in1, sum1[15:0], out1);
    add16 add2 (a[31:16], b[31:16], out1, sum2[15:0], out2);
    assign sum = {sum2, sum1};
endmodule

module add1 ( input a, input b, input cin,   output sum, output cout );
// Full adder module here
    assign sum = a^b^cin;
    assign cout = a&b | a&cin | b&cin;
endmodule