4位全加器的门级建模
Verilog语言的层级
在Verilog硬件描述语言中，我们可以分许多层次对电路进行描述，每一层都有自己的特点。层次分为开关级、门级、数据流级、行为级。我们不能说必须使用哪一种层级来描述某 一个指定的电路，只要在合适的“需求”下，都可以使用。
记住！Verilog只是用于描述电路的一种语言，其中最困难的是电路的结构、功能等问题。可以这样说，就好比自己在写一篇作文，Verilog语言只是让你的作文没有一些低级语法错误；自己电路的理解则是获取高分的亮点。
目标
这次先使用门级建模描述一个4位全加器，主要是认识一个模块的简单组成和其测试代码的编写。所以在这篇文章中会认识到什么是门级建模、模块和测试代码的编写。
门级建模
门级建模是在已知门级电路图的条件下，使用基本门级元器件把电路描述出来。这句话简单直接说明门级建模的应用前提，就是已知电路的门级原理图。
设计过程
设计思路：采用自上而下的设计思想。若设计一个4位全加 器，先设计一个1位全加器。之后，把4个一位全加器级联起 来。这样便设计好一个四位全加器。
1位全加器门级描述过程
1位全加器的设计思路就是“翻译”电路图。电路图如下：
代码
Verilog代码的编写要有两部分：设计代码和测试代码，门级建模中设计代码编写是最简单的，只需要会认电路图中的门是什么，再掌握Verilog编码规则就可以轻松的编写代码。有关测试代码的编写先简单说明一下，测试就是验证设计代码是否满足“预期的结果”。
1位全加器门级描述代码
module add_1_m (a,b,cin,cout,sum);
input a,b;
input cin;
output cout;
output sum;
wire [2:0] w;
and
a1(w[0],a,cin),
a2(w[1],a,b),
a3(w[2],b,cin);
xor a4(sum,a,b,cin);
or a5(cout,w[0],w[1],w[2]);
endmodule
1位全加器测试代码
module add_1_m_tb;
reg a,b;
reg cin;
wire cout1;
wire sum1;
add_1_m u1 (a,b,cin,cout1,sum1);
initial
begin
#00 a=0;b=0;cin=0;
#10 a=0;b=1;
#10 a=1;b=0;
#10 a=1;b=1;
#00 a=0;b=0;cin=1;
#10 a=0;b=1;
#10 a=1;b=0;
#10 a=1;b=1;
end
initial
begin
$monitor($realtime,"\ta=%d\tb=%d\tcin=%d\t\t\tcout1=%d\tsum1=%d\t",a,b,cin,cout1,sum1);
end
endmodule
有关测试代码的说明基本上没有什么可说的，结果可以看波形也可以直接看transcript里面的结果。如下图：
4位全加器门级描述代码
//use add_1_m connect to add_4
module add_4_m (a,b,cin,cout,sum);
input [3:0] a,b;
input cin;
output cout;
output [3:0] sum;
wire [3:1] c;
add_1_m u1 (a[0],b[0],cin,c[1],sum[0]);
add_1_m u2 (a[1],b[1],c[1],c[2],sum[1]);
add_1_m u3 (a[2],b[2],c[2],c[3],sum[2]);
add_1_m u4 (a[3],b[3],c[3],cout,sum[3]);
endmodule
4位全加器测试代码
module add_4_tb;
reg [3:0] a,b;
reg cin;
wire cout1;
wire [3:0] sum1;
add_4_m t1 (a,b,cin,cout1,sum1);
integer seed1,seed2,seed3;
initial
begin
seed1=1;seed2=2;seed3=3;
a=0;b=0;cin=0;
repeat(10)
begin
#10 a=($random(seed1)/16);b=($random(seed2)/16);cin=($random(seed3)/2);
end
#10 $stop;
end
initial $monitor($realtime,"\ta=%d\tb=%d\tcin=%d\t\t\tcout1=%d\tsum1=%d",a[3:0],b[3:0],cin,cout1,sum1[3:0]);
endmodule
这个测试代码的编写分格和上一个测试代码的风格有所不同，这两种的区别是什么？以后再说！这两个代码我测试过，没有什么问题的。
运行结果见下图：
总结
这篇文章提供了门级建模的基本方法——翻译电路（仅仅是门级电路）。我以后会使用门级建模设计一个32的超前进位加法器。至于测试模块的编写习惯或者是经验，我会在随后的文章中写一下有用的干货。本篇文章为出入Verilog的新手提供一个简单入门案例。
预告
其实我本来是想先把门级、数据流级和行为级这三种描述电路的方法都试一下。但是，最后我改变主意了，我先完成有关加法器的一些简单的设计。所以下一个文章就是使用数据流级+模块调用设计一个32位的全加器。
感想
这是我第一次在CSDN上上传自己写的代码，我会一直写下去，总结自己的学习内容、经验。如果有什么问题，请指出。若有幸有大佬光临，希望提出指导性意见。感谢大家！