Verilog基础：强度建模与net型信号的多驱动问题（三）

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Verilog基础https://blog.csdn.net/weixin_45791458/category_12263729.html?spm=1001.2014.3001.5482

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?四、一般情况下的net型信号的线与组合（线网多驱动）

? ? ? ? 在Verilog基础：强度建模与net型信号的多驱动问题（二）-CSDN博客一文中，我们已经学会了多个拥有单个强度和确定值的net型信号的相与组合的规则，本文将学习更为普遍的net型信号相与的规则，首先我们说明一下一些特殊的net型信号。

? ? ? ? 一、一个net型信号拥有多个强度，和确定值（这只可能是信号线与的中间结果）。

? ? ? ? 二、一个net型信号拥有x值，它指的是net即拥有部分strength0的驱动强度也拥有部分strength1的驱动强度（这可能是信号线与的中间结果，也可能是由特定输入导致的输出x）。

? ? ? ? 三、一个信号拥有L值，它指的是net信号拥有部分strength0的驱动强度加上highz的驱动强度。

? ? ? ? 四、一个信号拥有H值，它指的是net信号拥有部分strength1的驱动强度加上highz的驱动强度。

? ? ? ? H和L信号可以通过一些门级器件得到，比如图6是三态门器件的真值表，可以看到在某些输入情况下输出的值是H和L，在输出H和L时，其强度范围分别是从highz到strength1的某个驱动强度和从highz到strength0的某个驱动强度，这个驱动强度分别由这个门级器件的strength1和strength0驱动强度决定。

图6 三态门的真值表

? ? ? ? 上面的概念可能比较难以理解，?下面将通过一些举例来详细说明，图7给出了我们一直使用的强度比例尺。

图7 强度比例尺

例1
//一个net型信号拥有多个强度，和确定值
wire a;
bufif (strong0, strong1) (a, 1'b0, 1'bx); //StL
assign (pull0, pull1) a = 1'b0;   //Pu0
//最终a的驱动强度从Pull0到Strong0，值为0，用650表示

//一个net型信号拥有x值
wire b;
assign (weak0, weak1) b = 1'bx; //Wex
//最终b的驱动强度从Weak0到Weak1，值为x，用Wex表示

wire c;
assign (strong0, strong1) c =1'b0; //St0
assign (strong0, strong1) c =1'b1; //St1
//最终c的驱动强度从Strong0到Strong1，值为x，用Stx表示

//一个net型信号拥有H值
wire d;
bufif (strong0, pull1) (d, 1'b1, 1'bx); //PuH
//最终d的驱动强度从HiZ到Pull1，值为H，用PuH表示

//一个net型信号拥有L值
wire e;
bufif (weak0, pull1) (e, 1'b0, 1'bx); //WeL
//最终e的驱动强度从HiZ到We0，值为L，用WeL表示

? ? ? ? ?尽管H值和L值看似是除1、0、x、z以外的值，但其实它们只是为了方便表示一个强度范围，而且H值和L值的net信号在后续使用时会被当做x值看待，尽管它的驱动强度似乎完全在strength0或strength1的范围内，但它仍然不被看做0和1，这点在第一章便已说明。

? ? ? ? 图8表示了一个We0信号与We1信号线与后产生了Wex的结果。图9在强度比例尺上表示了结果的驱动强度范围。

wire a;
assign (weak0, weak1) a = 1'b0; //We0
assign (weak0, weak1) a = 1'b1; //We1
//最终结果是Wex

图8 相同驱动强度和相反值的信号线与

图9 Wex信号的强度范围

? ? ? ? 图10显示了两个三态器件输出H值和L值的过程。注意到输出的强度标注实际上是多余的，且不必要的，因为我们只需输入的值就可判断输出的结果值。图11和图12在强度比例尺上表示了两个结果的驱动强度范围。

wire a, b;
bufif1 (strong0, strong1) (a, 1'b1, 1'bx); //StH，驱动强度从highz到strong1
bufif0 (strong0, strong1) (b, 1'b0, 1'bx); //StL，驱动强度从highz到strong0
$display(a);
$display(b);

输出：
x
x

图10 控制端输入为x的三态门

图11?StH信号的强度范围

?图12?StL信号的强度范围

? ? ? ? 下面我们来研究一个H信号与一个L信号相与的规则，我们假设两个线与的信号为PuH和WeL，如图13所示。

wire a;
bufif1 (pull0, pull1) (a, 1'b1, 1'bx); //PuH，驱动强度从highz到pull1
bufif0 (weak0, weak1) (b, 1'b0, 1'bx); //WeL，驱动强度从highz到weak0

图13 H与L信号线与

? ? ? ? 根据H的定义，我们知道PuH包含了可能的6个驱动强度（包括highz），WeL包含了可能的4个驱动强度（包括highz），按照两两组合的规则，总共有24种组合，我们要做的就是把这24种组合都考虑起来。当然，这不是让你将24中组合全部列出来，因为只需要略加观察便可知We0和We1的线与会导致结果（Wex）可能取得它们之间（包括We0和We1）任意的一种驱动强度和x值，然后PuH含有的large1和pull1也是可能取得的驱动强度，也即结果的驱动强度从We0到Pu1，值为x，表示为35x，如图14所示。

图14? 35x信号的强度范围

? ? ? ? 有了上面的基础，我们可以来看一个更复杂的例子，它包含了四个驱动源，如图15所示。

wire a, b, d, out;
assign (strong0, strong1) a = 1'b1; //St1
nmos (out, a, 1'bx);                //StH
pullup (out);                       //Pu1
pulldown (b);                       //Pu0
pmos (out, b, 1'bx);                //StL
assign (strong0, strong1) d = 1'b0; //St0
and (weak0, weak1) (out, d, d);     //We0

图15 一个拥有四个驱动源的网络

? ? ? ? 图15中包含了nmos和cmos开关，开关不能指定驱动强度但它可以传播输入的驱动强度至输出，因此其输入也必须是net类型信号，图16给出了开关的真值表。因为开关不能指定输出的驱动强度，所以开关输出信号（包括1、0、x、z、H、L）的驱动强度由输入决定。

图16 开关的真值表

? ? ? ? 由于输出out有四个驱动源，我们可以自行选择它们的相与顺序，图中是先将pullup器件和nmos的输出线与得出中间结果，pullup器件输出的是Pu1，包含了单个驱动强度，而nmos器件根据规则，输出的是StH，包含了可能的7个驱动强度（包括highz）。它们组合应该有7种情况，但经过观察可知Pu1优先于StH中小于Pu1强度的驱动强度，而StH中含有的St1也是可能的驱动强度，因为它优于Pu1，因此中间结果的驱动强度从Pu1到St1，值为1，表示为651，如图17所示。随后将pulldown器件和pmos的输出线与得出中间结果530，如图18所示，具体过程在此不赘述。

图17 一个拥有确定值和多个驱动强度的中间信号651的强度范围

图18?一个拥有确定值和多个驱动强度的中间信号530的强度范围

? ? ? ? 最后需要考虑两个中间结果651和530的线与过程，651信号拥有2个驱动强度而530信号拥有3个驱动强度。它们组合应该有6种情况，经过观察可知，651信号中的Pu1驱动强度与530信号中的Pu0信号线与结果是Pux，再加上651信号中的St1即为所有可能的驱动强度结果，其他的组合情况都被包含在上面两种结果中，所以不需要再讨论了，因此结果为驱动强度从Pu0到St1的，值为x的信号，表示为56x，如图19所示，其中5代表在stength0中的强度，6代表在strength1中的强度。

图19??56x信号的强度范围

? ? ? ? 我们再来看一个例子，它展示了广义的StH所包含的驱动强度范围。图20很好理解，两个门的输出信号分别为StH与We0，随后将其线与。

wire e;
and N1 (highz0, strong1) (e, 1'b1, 1'bx); //06x?StH!
and N2 (strong1, weak0)  (e, 1'b0, 1'b0); //We0

图20 广义的StH

? ? ? ? 按照之前的说法，N1的输出应该是06x，即强度从highz0到strong1的值为x的信号，但实际上结果是StH，因为我们一般不将highz0和highz1进行区分，统称为highz，所以061和06x其实都会被表示成StH，而它们本身并不存在。

? ? ? ? 图21显示了N1输出结果StH的驱动强度范围，注意其中包含了highz0。

图21 广义StH信号的强度范围

? ? ? ? 我们可以很轻松地得出出N2输出信号的强度We0，因为其只有单个强度，如图22所示。

图22 We0信号的强度范围

? ? ? ? ?现在将We0信号和广义StH信号线与，如果有了之前的基础，很快就可以得出结果为36x，因为We0与广义StH信号中的We1相与可以得到Wex，然后再加上广义StH信号中的La1、Pu1、St1即可构成所有驱动强度范围，如图23所示。

图23 36x信号的强度范围

? ? ? ? 下面留4道习题用于检验本章的学习成果，如有任何疑问，可以私聊博主或在评论区发言。

习题1

习题2

习题3

习题4