數字硬件建模SystemVerilog-邏輯運算符

經過幾周的更新，SV核心部分用戶自定義類型和包內容已更新完畢，接下來就是RTL表達式和運算符。

邏輯運算符

邏輯運算符對其操作數求值，并返回一個值，該值指示求值結果是真還是假（true or false）。例如，運算a && b測試a和b是否都為真，如果兩個操作數都為真，則運算符返回真。否則，運算符返回false。

邏輯運算符返回值。SystemVerilog沒有內置的true或false布爾值。相反，邏輯運算符的返回使用邏輯值1’b1（一個一位寬的邏輯l）表示真，1’b0表示假。邏輯運算符還可以返回1’bx，指示仿真無法確定實際邏輯門的評估結果是否為真或假的模糊條件。

判斷一個表達式是真是假。要確定操作數是真是假，SystemVerilog使用以下規則：

如果所有位均為0，則操作數為假

如果所有位均為1，則操作數為真

如果所有位均為X或Z，且沒有位為1，則操作數未知X

表5-1列出了RTL綜合編譯器普遍支持的邏輯運算符。

表5-11：RTL建模的邏輯運算符

邏輯求反運算符通常被稱為“not運算符”，它是“not true”的縮寫。

邏輯運算符通過對每個操作數進行歸約OR來執行其運算，從而產生一個1位結果。然后對該結果進行求值，以確定其為真還是假。對于not運算符，1位的結果首先被反轉，然后求值為真或假。

表5-12和5-13顯示了這些邏輯運算符對幾個示例值的結果。

表5-12：邏輯AND and OR運算的示例結果 表5-13：邏輯求反運算的示例結果

邏輯求反運算符（！）和按位反轉運算符（~）之間的區別

練習題目《HDLBits: 在線學習 SystemVerilog（一）-Problem 2-6》Problem 4

應注意不要混淆邏輯求反運算符（！）以及按位反轉運算符（~）。求反運算符對其操作數執行真/假求值，并返回表示真、假或未知結果的1位值。按位反轉運算符對操作數的每一位（補碼）執行邏輯反轉，并返回與操作數相同位寬的值。

在某些操作中，這些操作的結果恰好相同，但在其他操作中，它們返回的值非常不同。當運算符與決策語句一起被錯誤使用時，這種差異可能導致錯誤代碼。考慮下面的例子：

前面代碼片段的最后兩行之所以不同，是因為這兩個運算符的工作方式不同——邏輯求反運算符（！）通過將兩位相加或相減，對2位選擇執行真/假計算，然后反轉1位結果，按位反轉運算符（~）只反轉2位選擇向量的每一位的值，并返回2位結果。if語句然后對2位向量進行真/假測試，該向量的計算結果為真，因為反轉后的值仍有一位設置為1。

如果向量的任何位為1，邏輯運算將返回true，這可能會導致在測試特定位時出現設計錯誤。計算向量值時，使用等式或關系運算符測試可接受的值。

示例5-7說明了一個小型RTL模型，該模型使用邏輯NOT、邏輯AND和邏輯OR運算符。該設計是一個邏輯比較器，如果兩個數據值中的任何一個在可配置的值范圍內，則設置一個flag。

示例5-7：使用邏輯運算符：當值在某個范圍內時設置flag

圖5-7顯示了示例5-7中的RTL模型綜合結果

圖5-7：示例5-7的綜合結果：邏輯運算符（范圍內比較）

不可綜合的邏輯運算符

SV-2009增加了兩個額外的邏輯運算符，它們是蘊涵和等價運算符，在本文編寫時RTL綜合編譯器通常不支持這些運算符。表5-14列出了這兩個運算符的標記和描述。

表5-14：不可綜合邏輯運算符