轮询仲裁器Verilog设计与仿真_verilog仲裁器设计验证

目录

基本原理

设计代码

ModelSim仿真

基本原理

当输入数据不为0时，在下一个时钟上升沿输出仲裁后的优先级，且下一次仲裁优先级为此次输出左一位数据。如表1-1所示。

思路：当一个数据 a 与一个独热码 b 进行相减取反，在和原数据进行相与时a & ~(a-b)，得到从独热码开始第一个1的位置，比如1011_0000和独热码0000_0100操作后，得到的数据为0001_0000。

但是此处出现一个问题，当独热码大于数据时，比如数据为0001_0101，独热码为0010_0000，得到的结果却为0。所以我们需要对原数据进行复制扩展，当数据大于独热码时，输出低8位数据；当数据小于独热码时，输出高8位数据。

设计代码

module round_robin_arbiter#(
    parameter                       DATA_WIDTH = 8  )
(   input                           i_clk           ,
    input                           i_rst           ,
    input   [DATA_WIDTH - 1 : 0]    i_data          ,
    output  [DATA_WIDTH - 1 : 0]    o_data          );
 
/*--------------------------------parameter------------------------------*/
 
/*----------------------------------wire---------------------------------*/
// 将输入数据复制扩展
wire [2*DATA_WIDTH - 1 : 0] w_data_copy; 
 
// 数据相减取反再相与
wire [2*DATA_WIDTH - 1 : 0] w_data_operation;
 
// 优先级独热码扩展
wire [2*DATA_WIDTH - 1 : 0] w_priority_extend;
 
/*----------------------------------reg----------------------------------*/
// 优先级独热码
reg [DATA_WIDTH - 1 : 0] r_priority;
 
// 输出独热码
reg [DATA_WIDTH - 1 : 0] r_data_out;
 
/*---------------------------------assign--------------------------------*/
assign w_data_copy = {i_data,i_data};
 
assign w_priority_extend = {{(DATA_WIDTH){1'b0}},r_priority};
assign w_data_operation = (w_data_copy & (~(w_data_copy - w_priority_extend)));
assign o_data = r_data_out;
/*---------------------------------always--------------------------------*/
always @(posedge i_clk or posedge i_rst) begin
    if (i_rst) begin
        r_priority <= 1;
    end
    else if (i_data != 0) begin
        if (i_data >= r_priority) begin
            r_priority <= {w_data_operation[0 +: (DATA_WIDTH - 1)],w_data_operation[DATA_WIDTH - 1]};
        end
        else begin
            r_priority <= {w_data_operation[DATA_WIDTH +: (DATA_WIDTH - 1)],w_data_operation[2*DATA_WIDTH - 1]};
        end
    end
end
always @(posedge i_clk or posedge i_rst) begin
    if (i_rst) begin
        r_data_out <= 'b0;
    end
    else if (i_data != 0) begin
        r_data_out <= (i_data >= r_priority) ? w_data_operation[DATA_WIDTH - 1 : 0] : w_data_operation[DATA_WIDTH +: DATA_WIDTH]; // 大于输出低位，小于输出高位
    end
    else begin
        r_data_out <= 'b0;
    end
end
endmodule

ModelSim仿真

module tb();
parameter                   DATA_WIDTH = 8;
reg                         i_clk ;
reg                         i_rst ;
reg  [DATA_WIDTH - 1 : 0]   i_data;
wire [DATA_WIDTH - 1 : 0]   o_data;
 
initial begin
    i_clk = 0;
    i_rst = 1;
    i_data= 0;
    # 10
    i_rst = 0;
    repeat(20) begin
        #({$random}%10) i_data = {$random}%200;
    end
    i_data= 0;
end
always # 3 i_clk = ~i_clk;
 
round_robin_arbiter inst(
    .i_clk  (i_clk ),
    .i_rst  (i_rst ),
    .i_data (i_data),
    .o_data (o_data));
 
 
endmodule

仿真结果