數(shù)字硬件建模SystemVerilog-邏輯運(yùn)算符

經(jīng)過幾周的更新，SV核心部分用戶自定義類型和包內(nèi)容已更新完畢，接下來就是RTL表達(dá)式和運(yùn)算符。

邏輯運(yùn)算符

邏輯運(yùn)算符對其操作數(shù)求值，并返回一個(gè)值，該值指示求值結(jié)果是真還是假（true or false）。例如，運(yùn)算a && b測試a和b是否都為真，如果兩個(gè)操作數(shù)都為真，則運(yùn)算符返回真。否則，運(yùn)算符返回false。

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

判斷一個(gè)表達(dá)式是真是假。要確定操作數(shù)是真是假，SystemVerilog使用以下規(guī)則：

• 如果所有位均為0，則操作數(shù)為假
• 如果所有位均為1，則操作數(shù)為真
• 如果所有位均為X或Z，且沒有位為1，則操作數(shù)未知X

表5-1列出了RTL綜合編譯器普遍支持的邏輯運(yùn)算符。

表5-11：RTL建模的邏輯運(yùn)算符

邏輯求反運(yùn)算符通常被稱為“not運(yùn)算符”，它是“not true”的縮寫。

邏輯運(yùn)算符通過對每個(gè)操作數(shù)進(jìn)行歸約OR來執(zhí)行其運(yùn)算，從而產(chǎn)生一個(gè)1位結(jié)果。然后對該結(jié)果進(jìn)行求值，以確定其為真還是假。對于not運(yùn)算符，1位的結(jié)果首先被反轉(zhuǎn)，然后求值為真或假。

表5-12和5-13顯示了這些邏輯運(yùn)算符對幾個(gè)示例值的結(jié)果。

表5-12：邏輯AND and OR運(yùn)算的示例結(jié)果

表5-13：邏輯求反運(yùn)算的示例結(jié)果

邏輯求反運(yùn)算符（！）和按位反轉(zhuǎn)運(yùn)算符（~）之間的區(qū)別

練習(xí)題目《HDLBits: 在線學(xué)習(xí) SystemVerilog（一）-Problem 2-6》Problem 4

應(yīng)注意不要混淆邏輯求反運(yùn)算符（！）以及按位反轉(zhuǎn)運(yùn)算符（~）。求反運(yùn)算符對其操作數(shù)執(zhí)行真/假求值，并返回表示真、假或未知結(jié)果的1位值。按位反轉(zhuǎn)運(yùn)算符對操作數(shù)的每一位（補(bǔ)碼）執(zhí)行邏輯反轉(zhuǎn)，并返回與操作數(shù)相同位寬的值。

在某些操作中，這些操作的結(jié)果恰好相同，但在其他操作中，它們返回的值非常不同。當(dāng)運(yùn)算符與決策語句一起被錯(cuò)誤使用時(shí)，這種差異可能導(dǎo)致錯(cuò)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?yàn)檫@兩個(gè)運(yùn)算符的工作方式不同——邏輯求反運(yùn)算符（！）通過將兩位相加或相減，對2位選擇執(zhí)行真/假計(jì)算，然后反轉(zhuǎn)1位結(jié)果，按位反轉(zhuǎn)運(yùn)算符（~）只反轉(zhuǎn)2位選擇向量的每一位的值，并返回2位結(jié)果。if語句然后對2位向量進(jìn)行真/假測試，該向量的計(jì)算結(jié)果為真，因?yàn)榉崔D(zhuǎn)后的值仍有一位設(shè)置為1。

如果向量的任何位為1，邏輯運(yùn)算將返回true，這可能會導(dǎo)致在測試特定位時(shí)出現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。計(jì)算向量值時(shí)，使用等式或關(guān)系運(yùn)算符測試可接受的值。

示例5-7說明了一個(gè)小型RTL模型，該模型使用邏輯NOT、邏輯AND和邏輯OR運(yùn)算符。該設(shè)計(jì)是一個(gè)邏輯比較器，如果兩個(gè)數(shù)據(jù)值中的任何一個(gè)在可配置的值范圍內(nèi)，則設(shè)置一個(gè)flag。

示例5-7：使用邏輯運(yùn)算符：當(dāng)值在某個(gè)范圍內(nèi)時(shí)設(shè)置flag

圖5-7顯示了示例5-7中的RTL模型綜合結(jié)果

圖5-7：示例5-7的綜合結(jié)果：邏輯運(yùn)算符（范圍內(nèi)比較）

不可綜合的邏輯運(yùn)算符

SV-2009增加了兩個(gè)額外的邏輯運(yùn)算符，它們是蘊(yùn)涵和等價(jià)運(yùn)算符，在本文編寫時(shí)RTL綜合編譯器通常不支持這些運(yùn)算符。表5-14列出了這兩個(gè)運(yùn)算符的標(biāo)記和描述。

表5-14：不可綜合邏輯運(yùn)算符