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换逻辑分析仪+Verilog逻辑操作符/按位操作符

工程师
2024-11-04 20:06:47     打赏

逻辑操作符用于对逻辑值(通常是0和1)进行操作,产生逻辑结果。

这些操作符包括逻辑与(&&)、逻辑或(||)、和逻辑非(!)。

在数字逻辑和硬件描述语言(Verilog)中,这些操作符非常常见。


逻辑操作符

逻辑与(&&):

如果两个操作数都为真(1),则结果为真(1)。

否则,结果为假(0)。

逻辑或(||):

如果至少一个操作数为真(1),则结果为真(1)。

如果两个操作数都为假(0),则结果为假(0)。

逻辑非(!):

如果操作数为真(1),则结果为假(0)。

如果操作数为假(0),则结果为真(1)。

示例分析

给定:


mlock = 'b0;(假)
mprot = 'b1;(真)
则:

mlock && mprot 的结果为 0(假),因为 mlock 为假。
mlock || mprot 的结果为 1(真),因为 mprot 为真。
!mprot 的结果为 0(假),因为 mprot 为真。

向量操作数

在Verilog等硬件描述语言中,向量(多位二进制数)也可以进行逻辑操作。非零向量通常被视为真(1),而零向量被视为假(0)。


给定:

rdy_bus = 'b0110;
intr_bus = 'b0100;

则:

rdy_bus || intr_bus 的结果为 1,因为至少有一个向量包含1。
rdy_bus && intr_bus 的结果为 0,因为两个向量没有在所有位上都为1。
!rdy_bus 和 !intr_bus 的结果分别为 'b1001 和 'b1011,因为每个向量中的1都被翻转为0,0被翻转为1。

未定值(x和z)

在逻辑操作中,如果操作数包含未定值(x 表示未知,z 表示高阻态),则结果也可能是未定的。


b1'bx(1与x进行逻辑或)的结果为1,因为任何数与x进行逻辑或都可能为真。
b0 && 'bz(0与z进行逻辑与)的结果为0,因为0与任何数进行逻辑与都为0。
!x(x的逻辑非)的结果为x,因为未知数的逻辑非仍然是未知的。



按位操作符

按位操作符是对二进制数的每一位进行独立操作的运算符。


一元非(~):

对操作数的每一位进行取反操作。即,0变为1,1变为0。

二元与(&):

对两个操作数的每一位进行与操作。即,当两个相应的位都为1时,结果位才为1;否则为0。

二元或(|):

对两个操作数的每一位进行或操作。即,当两个相应的位中至少有一个为1时,结果位就为1;否则为0。

二元异或(^):

对两个操作数的每一位进行异或操作。即,当两个相应的位不同时,结果位为1;相同时为0。

二元同或(也称为XNOR,但通常用^~或=表示,这里用=表示):

对两个操作数的每一位进行同或操作。即,当两个相应的位相同时,结果位为1;不同时为0。注意:在某些编程语言或硬件描述语言中,可能没有直接的二元同或运算符,但可以通过其他方式实现,(a & b) | (~a & ~b)。

image.png

现在,根据您的示例进行解释:


假设:

a = 'b0110;
b = 'b0100;

则:

a | b 为 'b0110(或操作,有1则1)
a & b 为 'b0100(与操作,全1才1)
a ^ b 为 'b0010(异或操作,不同则1)
a = b(同或操作,相同则1)应为 'b1010,但在某些环境中可能需要通过其他方式表达,上述的(a & b) | (~a & ~b)。

对于位宽不等的操作数:


当一个操作数是无符号数时,位宽较小的操作数会在高位用0补齐。

当两个操作数都是有符号数时,位宽较小的操作数会在高位用其符号位(即最高位的值)补齐,以保持其符号性。


6'b0110 与 4'b10000 进行操作时,6'b0110 会被补齐为 10'b00000110,然后与 10'b01000000(4'b10000补齐后)进行操作。

这里的补齐是假设性的,因为在实际操作中,我们通常会明确指定操作数的位宽。

对于有符号数 4'sb1010 与 8'sb01100010,4'sb1010 会被补齐为 8'sb11111010(因为最高位是1,表示负数,所以用1补齐高位),然后与 8'sb01100010 进行与操作,结果为 8'sb01100010(因为只有对应的位都为1时,结果位才为1)。


总结:

逻辑操作符(&&、||、!)对逻辑值操作,产生逻辑结果。按位操作符(~、&、|、^、=)对二进制数的每一位独立操作。在硬件描述语言中,向量也可进行逻辑操作,非零向量视为真,零向量视为假。位宽不等的操作数进行操作时,无符号数高位补0,有符号数高位用符号位补齐。未定值(x、z)参与逻辑操作可能导致结果未定。逻辑操作符和按位操作符在数字逻辑和编程中广泛应用,是理解和设计数字系统的基础。


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