【问题标题】:64-bit ALU outputs are showing high impedance on TestBench waves64 位 ALU 输出在 TestBench 波上显示高阻抗
【发布时间】:2021-03-14 05:51:00
【问题描述】:

我必须制作一个 64 位 ALU,它接受 A 和 B 64 位输入、一个进位输入并输出一个 64 位结果和一个 1 位进位输出。还有一个 5 位功能选择 FS。其中 FS[0] 控制 B 是否反转(使用 2to1 多路复用器)。F[1] 对 A 执行相同操作。FS[4:2] 确定哪个操作(加法、减法、逻辑操作等)使用 8to1 多路复用器。下面是 ALU 和 Testbench 的代码。

我很确定我的测试平台很好,ALU 的所有独立组件也是如此。我对实例化和连接所有输入/输出的顶层不太有信心。是什么导致了波形中的高阻抗?

module ALU(A, B, FS, cin, cout, result); 
input [63:0] A, B;
input [4:0] FS;
input cin;
output cout;
output  [63:0] result;


eight_one_mux u7 (firstoutA & secoutB, firstoutA | secoutB, sum, firstoutA ^ secoutB,
left, right, 1'b0, 1'b0, FS[4:2], result);

adder u6 (firstoutA, secoutB, cin, sum, cout);

firstmux u1 (A, !A, FS[1], firstoutA);

secmux u2 (B, !B, FS[0], secoutB);

Alu_shifter u5 (A, left, right);


endmodule 
//--------------------------------------------------------------------------------//
//These are the two muxes to split into input and inverted input A,B
module firstmux(a, nota, firstS, firstoutA);
input [63:0] a, nota;
input firstS;
output reg [63:0] firstoutA;

always @(a or nota or firstS) 

begin

case(firstS)

0 : firstoutA = a;
1 : firstoutA = nota; 
default : firstoutA = 1'bx;

endcase
end

endmodule
//<><><><><><><>//
module secmux(b, notb, secS, secoutB);
input [63:0] b, notb;
input secS;
output reg [63:0] secoutB;

always @(b or notb or secS) 

begin

case(secS)

0 : secoutB = b;
1 : secoutB = notb; 
default : secoutB = 1'bx;

endcase
end

endmodule
//--------------------------------------------------------------------------------//


//This is the Shifter Blocks
module Alu_shifter (shiftA, right, left); //This shifter block shifts the A input once right or left
  input [63:0] shiftA;
  output [63:0] right;
  output [63:0] left;
  
  shift_right w1 (    //instantiate right shifter block
  .a_R(shiftA),  
  .R(right)
  );
  
  shift_left w2 (   //instantiate left shifter block
  .a_L(shiftA),
   .L(left)
  );
  
endmodule
////////><><><><><><><><><><><><><><><///////
module shift_right (a_R, R); // right shifter block
input [63:0] a_R;
output [63:0] R;
assign R = a_R >> 1;  //shift A right once (shift in a 0)
 endmodule


module shift_left (a_L, L);  //left shifter block
input [63:0] a_L;
output [63:0] L;
assign L = a_L << 1; //shift A left once (shift in a 0)
endmodule
//End shifter blocks (3 total modules)
//----------------------------------------------------//////////////////////
//This is the Adder that Adds A, B and cin
module adder(addA, addB, nic, sum, cout);
input [63:0] addA, addB;
input nic;
output [63:0] sum;
output cout;

assign {cout, sum} = addA + addB + nic;


endmodule

//----------------------------------------------------//////////////////////
//This is the 8to1 Mux that decides which operation is put forward
module eight_one_mux(D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, S, out);
input [63:0] D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7;
input [2:0] S;
output reg [63:0] out;

always @(D0 or D1 or D2 or D3 or D4 or D5 or D6 or D7 or S) 

begin

case(S)

0 : out = D0; //And
1 : out = D1; //Or
2 : out = D2; //Adder
3 : out = D3; //xor
4 : out = D4; //lefter
5 : out = D5; //righter
6 : out = D6; //GND
7 : out = D7; //GND
default : out = 1'bx;

endcase
end

endmodule
////////////-------------------------------////////////////////////////////
module ALU_tb();

reg [63:0] A, B;
reg [4:0] FS;
reg cin;

wire cout;
wire [63:0] result;


     
     ALU dut (
     .A(A),
     .B(B),
     .FS(FS),
     .cin(cin),
     .cout(cout),
     .result(result)
                    );


initial begin
A = 8'b11001100;
B = 8'b11001101;
FS = 5'b01101;
cin = 1;
end

always
#5 cin <= ~cin;

always begin
#5
A <= A + 1;
B <= B + 2;
#5;
end

initial begin
#100 $finish;
end
endmodule
```

【问题讨论】:

    标签: verilog fpga intel-fpga


    【解决方案1】:

    首先,您需要为模块之间的连接定义信号 (wire)。例如,您有leftright 作为Alu_shifter 模块的输出,它们连接到firstmuxsecmux 模块;但是,它们没有在您的顶级模块中定义。您应该在 topmodule 中添加以下信号定义:

    wire [63:0] left,right;
    wire [63:0] firstoutA;
    wire [63:0] secoutB;
    wire [63:0] sum;
    

    另外,eight_one_mux 模块采用 8 个 64 位输入。但是,您将它们中的最后两个设置为1'b0。您应该将它们更改为64'b0,如下所示。

    eight_one_mux u7 (firstoutA & secoutB, firstoutA | secoutB, sum, firstoutA ^ secoutB,
    left, right, 64'b0, 64'b0, FS[4:2], result);
    

    最后,!A 不会反转 A 的所有位(B 也是如此)。它应用归约运算并生成 1 位信号(firstmux 模块在其第二个输入端口中期望 64 位信号)。

    【讨论】:

      【解决方案2】:

      意外的高阻抗 (z) 值通常是未驱动信号的结果,这就是您的代码的问题。

      adder u6 (firstoutA, secoutB, cin, sum, cout);
      

      在上面的行中,您将 1 位信号 firstoutA 连接到 64 位 addA 输入端口。这将firstoutA 连接到addA[0],使其他63 位未驱动。因此,addA[63:1] 都是z

      firstoutA 是一个 1 位信号,因为您没有明确声明它。此外,未声明的信号被假定为wire 类型,默认为z。 声明所有信号是一种很好的做法。

      要查找所有未声明的信号,请将其添加到代码顶部:

      `default_nettype none
      

      你应该得到如下编译错误:

      Error-[IND] Identifier not declared
        Identifier 'firstoutA' has not been declared yet. If this error is not 
        expected, please check if you have set `default_nettype to none.
      
      Error-[IND] Identifier not declared
        Identifier 'secoutB' has not been declared yet. If this error is not 
        expected, please check if you have set `default_nettype to none.
      

      【讨论】:

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