Verilog与SystemVerilog——运算操作符


文章目录

  • 一、算术操作符（+?-?*?/?%?**）
  • 二、相等操作符（== ?! = ? ===? ! ==? ==？? ！=？）
  • 三、逻辑操作符（&&?||?！）
  • 四、按位操作符（~?&?|?^? ^~或 ~^）
  • 五、缩减操作符（&?~&?|? ~|? ^? ~^）
  • 六、移位操作符（<>?<<>>）
  • 七、关系操作符（>?=?<=）
  • 八、条件操作符（？：）
  • 九、拼接和复制操作符（{expre1，expres2，...}?{repeat_number{expression}}）

??1. 注意区别逻辑操作、按位操作、缩减操作；

  • 逻辑操作通常使用双符号表示，如逻辑与&&，逻辑等==，逻辑左移<<等，其结果可为0，1，x；
  • 按位操作一般使用单符号表示，如按位与&，按位或~，按位异或^等，结果一般为多比特数；
  • 缩减操作也使用单符号表示，但是其操作结果区别于按位操作结果，只能为0，1，x

??2. 注意区别逻辑等操作、算术等操作；

  • 逻辑等操作的比较结果可以为0，1，x；而算术等操作的比较只能为0，1；

??3. 注意理解逻辑移位的含义，区别于算术移位；

  • 当移位操作一侧都为0时，逻辑左移n位相当于乘以2^n， 逻辑右移n位相当于除以2 ^n;

??4. 常用操作有条件操作、拼接和复制操作；

??5. 操作符的运算顺序遵循优先级从高到低执行；

一、算术操作符（+?-?*?/?%?**）

  • + （ 一元加和二元加）????-（一元减和二元减）???? *（乘）????/（除）
  • %（取模，即取余数）????* *（幂运算）

二、相等操作符（== ?! = ? ===? ! ==? ==？? ！=？）

  • ==（逻辑相等）????????????！=（逻辑不等）

  • ===（算术全等，case equality）???? ！ ==（算术非全等，case inequality）

  • ==？（通配符逻辑相等）????????！=？（通配符逻辑不等）

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举例说明逻辑等与算术等的区别：例如：
data = 'b11x0;
addr = 'b11x0;
data == addr;      //该逻辑比较的结果未知，即为x
                   //1. **通常在逻辑比较中，如果有一个操作数中包含有x或z,则结果必定为未知值（x）**
                   
data === addr;     //该算术比较的结果为真，即为1
                   //2. **在算术比较中，把x和z直接当做数值（不考虑物理含义）严格按照字符值进行比较，所以结果只能是0和1**
                   
带有通配符的逻辑等符号，会把**右侧操作数中的x和z直接屏蔽掉**；例如：
data = 'b010z;
addr = 'b0101;
data ==? addr;      //该逻辑比较的结果未知，左侧操作数含有z，不能做匹配值

addr ==? data;      //该逻辑比较的结果为真，值为1
                    //3. **右侧操作数中含有z，被屏蔽，可以直接匹配左侧的1**

三、逻辑操作符（&&?||?！）

  • &&（逻辑与）????||（逻辑或）????！（逻辑非）
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**无论是单bit数还是多bit数，逻辑操作符运行的结果只能是0,1或者x**，例如：
lock = 'b0110;
port = 'b0100;
lock && port;    //结果为真，即值为1
lock || port;    //结果为真，值为1
!lock;          
!port;           //逻辑非的结果都为0

假设任意操作数内某一位为x或z，如果逻辑操作的结果是未定的，则运算的结果为x。
'b1 || 'bx       //结果为1
'b0 && 'bz       //结果为0
!x               //结果为x

四、按位操作符（~?&?|?^? ^~或 ~^）

  • ~（一元非）????&（二元与）????|（二元非）
  • ^（二元异或）???? ^ ~, ~ ^（二元同或）
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按位操作符区别于逻辑操作符，按位操作的结果不是单一的0或1，**结果位宽与操作数的位宽保持一致。**例如：
a = 'b0110;
b = 'b0100;
a | b;         //结果为'b0110
a & b;         //结果为'b0100

  如果两个操作数的位宽不等，且其中一个操作数为无符号数，则位宽较小的数用0在高位补齐。
  如果两个操作数均为有符号数，则位宽较小的操作数用符号位在高位与位宽最大的数补齐，然后开始操作。例如：
'b0110 ^ 'b10000;
等价于：
'b00110 ^ 'b10000;      //结果为'b10110

4'sb1010 & 8'sb01100010;
等价于：
4'sb11111010 & 8'sb01100010;   //结果为8'sb01100010

五、缩减操作符（&?~&?|? ~|? ^? ~^）

  • &（缩减与）????~ &（缩减与非）????|（缩减或）????~|（缩减或非）
  • ^ （缩减异或）????~^（缩减同或）
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缩减操作符是对单一操作数上的所有位进行操作，产生1位的操作结果，其结果可以是0,1或者x，例如：
a = 'b0110;
b = 'b0100;
|b;         //结果为'b1
&b;         //结果为'b0
^a;         //结果为'b0
~^a;        //结果为'b1

addr = 4'b01x0;
^addr;       //结果为x
缩减异或操作可以用来确定变量中是否存在任何值为x的位；可以通过if语句进行检查：
if(^addr === 'bx)
   $display("There is an unknown in addr variable");
注意，此处的比较只能使用算术全等进行比较，因为逻辑等的比较结果只能是x，而算术全等比较的结果1，那才是期望的结果。

六、移位操作符（<>?<<>>）

  • <<（逻辑左移）????????>>（逻辑右移）
  • <<<（算术左移）????????>>>（算术右移）
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逻辑移位：由于移位而腾空的位总是填0；
算术移位：左移位腾出空位填0；右移腾出位，对于无符号数填0，对于有符号数填符号位；
reg  [7:0] q;
reg signed [3:0] pm;

q = 8'h17;
pm = 4'sb1011;
则：           //8'h17 = 8'b0001_0111;
q >> 2;       //结果为8'b0000_0101;
q << 2;       //结果为8'b0101_1100;
q <<< 4;      //结果为8'b0111_0000;
q >>> 2;      //结果为8'b0000_0101;

pm >>> 2;     //结果为4'sb1110, 用到了符号位1；

移位操作符可以被用来完成指数运算，但是有一定的约束条件。

七、关系操作符（>?=?<=）

  • <（小于）??????>（大于）
  • <=（小于等于）????>=（大于等于）
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关系操作符的结果为真（结果为1）或假（结果为0），如果操作书中有一位为x或z，则结果为x.

八、条件操作符（？：）

  • cond_expresson ? expression1 ：expression2
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条件操作符等价于if_else语句。如：
always @(posedge clk)
   ctr = (data != 25)?(data+1):5;
//即如果data ！= 25，则data = data+1；否则 data= 5；

九、拼接和复制操作符（{expre1，expres2，…}?{repeat_number{expression}}）

  • {expre1，expres2，…，expresN}（拼接操作符）????????{repeat_number{expres1，expres2，…，expresN}}（复制操作符）
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abus = {3{4'b1011}};           //结果为12'b1011_1011_1011
abus = {{4{1'b1}},4'b1011};    //结果为8'b1111_1011

name = {3{ack}};               //结果与{ack,ack,ack}相同