《Verilog数字系统设计教程》夏宇闻 第三版思考题
答案合集 ：个人主页verilog专栏中

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1.为什么建议在编写Verilog模块程序时，如果用到 if 语句建议大家把配套的else情况也考虑在内？

  因为如果没有配套的else语句，在不满足if条件语句时，将会保持原来的状态不变，从而在综合时会产生一个锁存器，而这是设计不想要的结果。

2.用 if(条件1) 语句；elseif (条件2) 语句；elseif (条件3) 语句；… else 语句 和 用case_endcase 表示不同条件下的多个分支是完全相同的，还是有什么不同？

  不是完全相同。
   (1)与casc 语句中的控制表达式和多分支表达式这种比较相比，if_else_if 结构中条件表达式更为直观些。
   (2)对于那些分支表达式中存在不定值，x和高阻值z的位时case语句提供了处理这种情况的手段。

3.如果case 语句的分支条件没有覆盖所有可能的组合条件，定义了default项和没有定义default项有什么不同？

  定义了default项则会使电路描述的更加的清楚，综合的时候不会产生不想要的结果，没用定义default 则会使在综合时产生一个锁存器。

4.仔细阐述case , casex和 casez之间的不同。

  case、casex,casez对应的真值表如上，可以看出 case无论是0,1,还是x高阻都能够比较,而casez不将高阻进行比较，在其它情况都进行比较:而casex不将高阻和x进行比较，在其它情况进行比较。

5. forever语句如果运行了，在它下面的语句能否还能运行？它位于 begin_end块和位于fork_join块有什么不同？

  不能运行。位于 begin_end，由于begin_end是顺序块，所以只要执行到 forever则将不能运行下面的程序；而位于fork_ join，它是并行块，执行了forever还是能够执行forever下面的语句。

6. forever 语句 和 repeat语句 能否独立于过程块而存在,即能否不在initial或 always块中使用?

  forever不能独立于过程块中，而 repeat能够独立于过程块中。

7.用for循环为存储器许多单元赋值时是否需要时间?为什么如果不定义时间延迟，它可以不需要时间就把不管多大的储存器赋值完毕?

  如果定义了时间延迟则需要时间，否则不需要时间。因为循环的边界是确定的，那么在综合时该循环语句被认为是重复的硬件结构。

8.for循环是否可以表示可以综合的组合逻辑?请举例说明。

  可以表示综合的组合逻辑。例如用for循环实现的乘法器

9.在编写测试模块时用什么方法可以使for循环按照时钟的节拍运行?请比较图5.3所示程序段。

  可以在for循环的最后嵌套时钟节拍运行的信号。第一种程序不能按照时钟节拍来对mem[i]赋值，而第二种程序可以。

10.声明一个名为oscillate的寄存器变量并将它初始化为0,使其每30个时间单位进行一次取反操作。不要使用always语句(提示;使用forever循环)。

答案：
reg oscillate;
initial
	begin
		oscillate = 0 ;
		forever
		#30 oscillate =! oscillate
	end

11.设计一个周期为40个时间单位的时钟信号,其占空比为25%。使用always和initial块进行设计,将其在仿真0时刻的值初始化为0。

答案：
initial
	begin
		clock = 0 ;
		always
			begin
				#30 clock = 0 ;
				#10 clock = 1 ;
			end
	end

12.给定下面含有阻塞过程赋值语句的initial块,每条语句在什么仿真时刻开始执行? a、b、c和 d在仿真过程中的中间值和仿真结束时的值是什么?

initial
	begin
		a = 1'b0 ;
		b = #10 1'b0 ;
		c = #5 1'b0 ;
		d = #20 {a , b , c} ;
	end

  答案：阻塞赋值是立即执行。第一条语句在仿真开始时就执行，第二句在仿真10个时钟单元后执行，第三句在仿真15个时钟信号单元后执行，第四句在仿真35个时钟单元后执行。在中间仿真过程中a=0，b、c、d为不确定值，结束时abcd的值是a=1’b0，b=1’0，c=1’0，d=3’b000。

13.在第12题中,如果 initial块中包括的是非阻塞过程赋值语句，那么各个问题的答案是什么?

  非阻塞赋值是在块结束后才能完成这次赋值操作。如果是非阻塞过程赋值则答案是；第一条语句在仿真开始时就执行，第二句在仿真10个时钟单元后执行，第三句在仿真5个时钟信号单元后执行，第四句在仿真20个时钟单元后执行。在中间仿真过程a=0,b,c,d 为不确定值结束时abcd的值是a=1b0,b=1’0,c=1’0,d=3’b000。

14.下面例子中d的最终值是什么?

initial
begin
	b = 1'b1 ;
    c = 1'b0 ;
	#10 b = 1'b0 ;
end

initial
begin
	d = #25 (b|c);
end

  答案：d的最终值是0。

15.使用带有同步清零端的D触发器(清零端高电平有效,在时钟下降沿执行清零操作)设计一个下降沿触发的D触发器,只能使用行为语句(提示:D触发器的输出q应当声明为寄存器变量)。使用设计出的D触发器输出一个周期为10个时间单位的时钟信号。

答案:
module D_FF(CLR,CLK,D,Q) ;
	input CLR,CLK,D ;
	output Q ;
	reg Q ;

  always @(posedge CLR or negedge CLK) //清零端是高电平有效
  //上升沿检测（posedge） ； 下降沿检测(negedge) ；双边沿检测(double edge)
	  begin
		  if (CLR) 
					Q = 0 ;
		  else 
					#10 Q <= D ;
	  end
endmodule

16.使用带有异步清零端的D触发器设计第15题中要求的D触发器(在清零端变为高电平后立即执行清零操作,无须等待下一个时钟下降沿),并对这个D触发器进行测试。

module D_ FF (CLR,CLK,D,Q);
	input CLR,CLK,D;
	output Q;
	reg Q;

	always @(posedge CLR ) 
	begin
		Q <= 0;
	end

	always @(negedge CLK)
	 begin
		#10 Q <= D;
	end
endmodule

17.使用wait语句设计一个电平敏感的锁存器,该锁存器的输入信号为d和 clock,输出为q,其功能是当clock=1时q=d。

答案：
module L_FF (d,clock,q);
	input d,clk;
	output q;
	reg q;
	
always 
begin
	wait (clock==1)
	q=d;
end
endmodule

18.使用条件语句设计[例5.18]中的四选一多路选择器,外部端口必须保持不变。

[例5.18]case语句实现四选一

//四选一多路器，其端口列表完全根据输入/输出图编写
module mux4to1(out, i0, i1, i2, i3, s1, s0);
	//根据输入/输出图的端口声明
	output out;
	input i0, i1, i2, i3;
	input s1, s0;
	//输出端口被声明为寄存器类型变量
	reg out;

//若输入信号改变,则重新计算输出信号out
//造成输出信号 out重新计算的所有输入信号必须写入always @(...)的电平敏感列表
always @ (*) 
	begin
		case ({s1,s0})
		2'b00 : out = i0;
		2'b01 : out = i1;
		2'b10 : out = i2;
		2'b11 : out = i3;
		default : out = 1'bx;
		endcase
	end
endmodule

答案：
module mux4to1 (out, i0, i1, i2, i3, s1, s0);
	output out;
	input i0, i1, i2, i3;
	input s1, s0;
	
	reg out;

always @ (s1 or s0 or i0 or i1 or i2 or i3) 
		begin
		if ({s1,s0} == 2'b00) 
			out = i0;
		else if ({s1,s0} == 2'b01) 
			out = i1;
		else if ({s1,s0} == 2'b10) 
			out = i2;
		else if ({s1,s0} == 2'b11) 
			out = i3;
		else 
			out = 1'bx;
	end
endmodule

19.使用case语句设计八功能的算术运算单元(ALU),其输入信号a和 b均为4位,还有功能选择信号select为3位,输出信号为out(5位)。算术运算单元ALU所执行的操作与Select信号有关,具体关系如表5.1所列(忽略输出结果中的上溢和下溢的位)。

答案：

module mux8to1(out, a, b, select);
	//根据输入/输出图的端口声明
	output [4:0] out ;
	input [3:0] a, b ;
	input [2:0] select ;
	//输出端口被声明为寄存器类型变量
	reg out;

//若输入信号改变,则重新计算输出信号out
//造成输出信号 out重新计算的所有输入信号必须写入always @(...)的电平敏感列表
always @ (select) 
	begin
		case (select)
			3'b000 : out = a;
			3'b001 : out = a+b;
			3'b010 : out = a-b;
			3'b011 : out = a/b;
			3'b100 : out = a%b;
			3'b101 : out = a<<1;
			3'b110 : out = a>>b;
			3'b111 : out = a>b;
			default : out = 5'bx;
		endcase
	end
endmodule

20.使用while循环设计一个时钟信号发生器。其时钟信号的初值为0,周期为10个时间单位。

答案：

initial 
begin
	clk=0;
	while (1) //表达式为真运行，"1"一直运行
	#10 clk = !clk;
end

21.使用for循环对一个长度为1024(地址从0~1 023),位宽为4的寄存器类型数组cache_var 进行初始化,把所有单元都设置为0。

答案：

begin
	reg [3:0] cache_ var[1023:0];
	intiger i;
	
	for(i=0;i<1024;i++)
		cache_ var[i]=0;
end

22.使用forever循环设计一个时钟信号,周期为10,占空比为40%,初值为0。

答案：

initial 
	begin
		clk=0;
		
		forever 
			begin
				#6 clk=0;
				#4 clk=1;
			end
	end

23.使用repeat将语句a=a＋1延迟20个时钟上升沿之后再执行。

答案：

parameter delay= 20;
	intiger i;
	reg a;
	
begin
	repeat (delay)
	always @(posedge clk) 
		begin
			i++;
			if (i== 20) 
				a=a+1;
		end
end

24.下面是一个内嵌顺序块和并行块的块语句。该块的执行结束时间是多少?事件的顺序是怎样的?每条语句的仿真结束时间是多少?

initial
begin
	x = 1'b0 ; //0
	#5 y = 1'b1 ; //5

	fork  
		#20 a = x ;//25
		#20 b = y ;//25
	join

	#40 x = 1'b1 ; //65

	fork
		#10 p = x ; //75
		begin 
			#10 a = y ;//75
			#30 b = x ;//105
		end
		#5 m =y ; //70
	join
end

答案：该块的执行结束时间是5+20+40+40= 105个时钟单位。每条语句执行时间如上所标。

25.用forever循环语句,命名块( named block)和禁用(disabling of)命名块来设计一个八位计数器。这个计数器从count =5开始计数,到count =67结束计数。每个时钟正跳变沿计数器加一,时钟的周期为10。计数器的计数只用了一次循环,然后就被禁用了(提示:使用disable语句)。

答案：

reg [7:0] count;
initial
begin
	count = 5;
end

begin:name block
	forever
		begin:disabling of
			always @ (posedge clk)
			begin
				if (count<67)
					#10 count = count + 1;
					disable:disabling of;
			end
		end
end