Verilog n-bit bidirectioneel schuifregister
In digitale elektronica, een schuifregister is een cascade van flip-flops waarbij de uitgangspen q van de ene flop is verbonden met de gegevensinvoerpen (d) van de volgende. Omdat alle flops op dezelfde klok werken, zal de bitarray die is opgeslagen in het schuifregister één positie verschuiven. Als een 5-bit rechts schuifregister bijvoorbeeld een initiële waarde van 10110 heeft en de invoer naar het schuifregister is gekoppeld aan 0, dan is het volgende patroon 01011 en het volgende 00101.
Ontwerp
Dit schuifregisterontwerp heeft vijf ingangen en één n-bits uitgang en het ontwerp is geparametreerd met behulp van parameter MSB om de breedte van het schuifregister aan te duiden. Als n 4 is, wordt het een 4-bit schuifregister. Als n 8 is, wordt het een 8-bits schuifregister.
Dit schuifregister heeft een paar belangrijke kenmerken:
- Kan worden in- of uitgeschakeld door en pin van het ontwerp te rijden
- Kan zowel naar links als naar rechts verschuiven wanneer dir wordt bestuurd
- Als rstn laag wordt getrokken, wordt het schuifregister gereset en wordt de uitvoer 0
- Invoergegevenswaarde van het schuifregister kan worden bestuurd door d-pin
module shift_reg #(parameter MSB=8) ( input d, // Declare input for data to the first flop in the shift register
input clk, // Declare input for clock to all flops in the shift register
input en, // Declare input for enable to switch the shift register on/off
input dir, // Declare input to shift in either left or right direction
input rstn, // Declare input to reset the register to a default value
output reg [MSB-1:0] out); // Declare output to read out the current value of all flops in this register
// This always block will "always" be triggered on the rising edge of clock
// Once it enters the block, it will first check to see if reset is 0 and if yes then reset register
// If no, then check to see if the shift register is enabled
// If no => maintain previous output. If yes, then shift based on the requested direction
always @ (posedge clk)
if (!rstn)
out <= 0;
else begin
if (en)
case (dir)
0 : out <= {out[MSB-2:0], d};
1 : out <= {d, out[MSB-1:1]};
endcase
else
out <= out;
end
endmodule
Hardwareschema
Testbank
De testbench wordt gebruikt om de functionaliteit van dit schuifregister te verifiëren. Het ontwerp wordt geïnstantieerd in de top module en de ingangen worden aangestuurd met verschillende waarden. Het ontwerpgedrag voor elk van de ingangen kan worden waargenomen bij de uitgangspin.
module tb_sr;
parameter MSB = 16; // [Optional] Declare a parameter to represent number of bits in shift register
reg data; // Declare a variable to drive d-input of design
reg clk; // Declare a variable to drive clock to the design
reg en; // Declare a variable to drive enable to the design
reg dir; // Declare a variable to drive direction of shift registe
reg rstn; // Declare a variable to drive reset to the design
wire [MSB-1:0] out; // Declare a wire to capture output from the design
// Instantiate design (16-bit shift register) by passing MSB and connect with TB signals
shift_reg #(MSB) sr0 ( .d (data),
.clk (clk),
.en (en),
.dir (dir),
.rstn (rstn),
.out (out));
// Generate clock time period = 20ns, freq => 50MHz
always #10 clk = ~clk;
// Initialize variables to default values at time 0
initial begin
clk <= 0;
en <= 0;
dir <= 0;
rstn <= 0;
data <= 'h1;
end
// Drive main stimulus to the design to verify if this works
initial begin
// 1. Apply reset and deassert reset after some time
rstn <= 0;
#20 rstn <= 1;
en <= 1;
// 2. For 7 clocks, drive alternate values to data pin
repeat (7) @ (posedge clk)
data <= ~data;
// 4. Shift direction and drive alternate value to data pin for another 7 clocks
#10 dir <= 1;
repeat (7) @ (posedge clk)
data <= ~data;
// 5. Drive nothing for next 7 clocks, allow shift register to simply shift based on dir
repeat (7) @ (posedge clk);
// 6. Finish the simulation
$finish;
end
// Monitor values of these variables and print them into the logfile for debug
initial
$monitor ("rstn=%0b data=%b, en=%0b, dir=%0b, out=%b", rstn, data, en, dir, out);
endmodule
De tijd waarop het ploegenregister is ingeschakeld, is groen gemarkeerd in het onderstaande logboek. De tijd waarop het van richting verandert, is geel gemarkeerd. De tijd waarop de gegevensinvoerpin constant blijft, is blauw gemarkeerd.
Simulatielogboekncsim> run rstn=0 data=1, en=0, dir=0, out=xxxxxxxxxxxxxxxx rstn=0 data=1, en=0, dir=0, out=0000000000000000 rstn=1 data=1, en=1, dir=0, out=0000000000000000 rstn=1 data=0, en=1, dir=0, out=0000000000000001 rstn=1 data=1, en=1, dir=0, out=0000000000000010 rstn=1 data=0, en=1, dir=0, out=0000000000000101 rstn=1 data=1, en=1, dir=0, out=0000000000001010 rstn=1 data=0, en=1, dir=0, out=0000000000010101 rstn=1 data=1, en=1, dir=0, out=0000000000101010 rstn=1 data=0, en=1, dir=0, out=0000000001010101 rstn=1 data=0, en=1, dir=1, out=0000000001010101 rstn=1 data=1, en=1, dir=1, out=0000000000101010 rstn=1 data=0, en=1, dir=1, out=1000000000010101 rstn=1 data=1, en=1, dir=1, out=0100000000001010 rstn=1 data=0, en=1, dir=1, out=1010000000000101 rstn=1 data=1, en=1, dir=1, out=0101000000000010 rstn=1 data=0, en=1, dir=1, out=1010100000000001 rstn=1 data=1, en=1, dir=1, out=0101010000000000 rstn=1 data=1, en=1, dir=1, out=1010101000000000 rstn=1 data=1, en=1, dir=1, out=1101010100000000 rstn=1 data=1, en=1, dir=1, out=1110101010000000 rstn=1 data=1, en=1, dir=1, out=1111010101000000 rstn=1 data=1, en=1, dir=1, out=1111101010100000 rstn=1 data=1, en=1, dir=1, out=1111110101010000 Simulation complete via $finish(1) at time 430 NS + 0
Verilog