數字硬件建模SystemVerilog-移位運算符

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。

移位運算符

移位運算符將向量的位向右或向左移位指定的次數。SystemVerilog具有按位和算術移位運算符，如表5-18所示。

表5-18：RTL建模的移位運算符

按位移位只是將向量的位向右或向左移動指定的次數，移出向量的位丟失。移入的新位是零填充的。例如，操作8’b11000101 << 2將產生值8’b00010100。按位移位將執行相同的操作，無論被移位的值是有符號的還是無符號的。

算術左移位對有符號和無符號表達式執行與按位右移位相同的操作。算術右移位對“無符號”和“有符號”表達式執行不同的運算。如果要移位的表達式是無符號的， 算術右移位的行為與按位右移相同，即用零填充輸入位。如果表達式是有符號的，則算術右移將通過用符號位的值填充每個輸入位來保持值的有符號性。

圖5-11顯示了這些移位操作如何將向量的位移動2位，

圖5-11：按位和算術移位運算-將值向左或向右移動2位 圖5-11：按位和算術移位運算-將值向左或向右移動2位

可綜合移位操作

移動固定的次數。固定次數的移位操作只需將總線的位重新布線，“輸入位”接地。實現固定移位不需要邏輯門。示例5-11說明了一個簡單的除二組合邏輯模型，其中通過將8位總線右移一位來進行除法。

示例5-11：使用移位運算符：通過右移一位除以二

圖5-12顯示了固定位數的右移是如何綜合的。綜合編譯器在模塊的輸入和輸出上放置了緩沖區，但沒有使用任何額外的門來執行操作。

圖5-12：示例5-11的綜合結果：移位運算符，按1位右移

固定次數的移位也可以使用連接操作來表示。下面兩行代碼在功能上是相同的。

執行移位操作的兩種類型都將綜合為相同的布線硬件，一種類型沒有優于另一種類型的優勢。

移動次數可變。可變次數的移位操作代表是桶形移位器（barrel shifter）的功能，但具體實現將取決于特定目標庫中可用的門級功能。一些目標設備可能有一個已經針對該設備進行了優化的預構建桶形移位器，其他設備可能需要綜合以從較低級別的門構建桶形移位器。

桶形移位器的一個應用是用2的冪乘（向左移位）或除（向右移位）。例如，左移1位將值乘以2。左移2位將一個值乘以4。

示例5-12顯示了可變左移操作的代碼

示例5-12：使用移位運算符：通過向左移位乘以二的冪

本例中的$ciog2系統函數用于計算base2exp輸入端口的寬度。此函數用于返回一個log2值的的上限（分數向上舍入到下一個整數）。該函數是計算一個值需要多少位的便捷方法。

圖5-13說明了該模型可能如何綜合。該示意圖是“在將移位功能映射并優化”到特定設備之前的“中間綜合結果”。通用的“左移位邏輯”組件表示未映射的移位操作。

圖5-13：綜合結果“例如5-12：移位運算符，可變左移位”

綜合結果中的通用左移分量對其兩個輸入具有相同的位數。base2exp輸入未使用的高位與地相連。當綜合將通用左移組件映射到特定的目標實現時，這些未使用的位可能會被刪除。

移位運算符可用于乘以或除以除2的冪以外的值，以下示例將向量移動7次。

可以在硬件中使用cading shift實現非2次方的移位，例如，操作可以通過鏈接4位左移位器、2位左移位器和1位左移位器來完成7次左移位。

讓綜合器完成它的工作！綜合使工程師能夠在抽象層次上進行設計，專注于功能，而不必陷入實現細節的泥潭，也不必過度關注特定ASIC或FPGA的功能。綜合編譯器將抽象功能模型轉換為目標ASIC或FPGA的有效實現。雖然可以在更詳細的層面上仿真barrel shift行為，但這樣做通常沒有好處。現代綜合編譯器使用移位運算符識別抽象RTL模型中的barrel shift行為，并將在目標設備中生成此功能的最佳實現。對于不同的目標設備，這種實現可能會有所不同，具體取決于該設備中可用的標準單元、LUT或門陣列。