一买喧、半加器與全加器

半加器電路是指對(duì)兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)位相加，輸出一個(gè)結(jié)果位和進(jìn)位憔杨，沒有進(jìn)位輸入的加法器電路鸟赫。

圖1.1 半加器真值表

module half_adder(
    input a,b,
    output s,cout
);
assign {cout,s} = a + b;
endmodule

全加器電路與半加器電路相比，多了進(jìn)位輸入消别。

圖1.2 全加器真值表

module full_adder(
    input a,b,cin,
    output s,cout
);
assign {cout,s} = a + b + cin;
endmodule

二抛蚤、多bit加法器的設(shè)計(jì)

有了上節(jié)全加器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，可以展開設(shè)計(jì)多bit加法器寻狂。Nbit加法器需要N個(gè)全加器岁经，低位全加器的進(jìn)位輸出作為高位全加器的進(jìn)位輸入，以此類推蛇券。最低位全加器的進(jìn)位輸入作為整個(gè)模塊進(jìn)位輸入蒿偎，最高位進(jìn)位輸出作為整個(gè)模塊的進(jìn)位輸出。這種設(shè)計(jì)方法叫作行波進(jìn)位法加法器（Ripple Carry Adder怀读，RCA）。

圖2.1 行波進(jìn)位法

module rca #(width=4)(
    input [width-1:0] a,b,
    input cin,
    output [width-1:0]s,
    output cout
);
wire [width:0]cin_temp;
assign cin_temp[0]=cin;
assign cout=cin_temp[width];

genvar i;
generate
    for(i=0;i<width;i++)begin
        full_adder inst(
            .a(a[i]),
            .b(b[i]),
            .cin(cin_temp[i]),
            .s(s[i]),
            .cout(cin_temp[i+1])
        );
    end
endgenerate
endmodule

行波進(jìn)位加法器具有布局簡單骑脱、設(shè)計(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)菜枷，但高位的計(jì)算必須要等待低位運(yùn)算結(jié)束才可以得到自己的進(jìn)位輸入，開始運(yùn)算叁丧，當(dāng)運(yùn)算位數(shù)較大時(shí)會(huì)造成很大的運(yùn)算延遲啤誊，影響器件工作效率岳瞭。

圖2.2 全加器結(jié)構(gòu)

module cla #(width=4)(
    input [width-1:0]a,b,
    input cin,
    output [width-1:0]s,
    output cout
);
wire [width:0]cin_temp;
wire [width-1:0]g,p;
assign cin_temp[0]=cin;
assign cout=cin_temp[width];

genvar i;
generate
    for(i=0;i<width;i++)begin
       g[i]=a[i]&b[i];
       p[i]=a[i]|b[i];
       cin_temp[i+1]=g[i]|(cin_temp[i]&p[i]);
       full_adder inst(
            .a(a[i]),
            .b(b[i]),
            .cin(cin_temp[i]),
            .s(s[i]),
            .cout()
       );
    end
endgenerate
endmodule

三牌芋、加減法器設(shè)計(jì)

已知蚓炬，減去一個(gè)數(shù)等于加上這個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼，所以在加法器的基礎(chǔ)上姜贡，將輸入?yún)?shù)稍作修改试吁，便可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)共用結(jié)構(gòu)的加減法模塊。
以行波進(jìn)位法為例楼咳，修改后的加減法器verilog代碼：

module aos #(width=4)(
    input [width-1:0] a,b,
    input cin,
    input sub,//sub=1為減法熄捍，=0為加法
    output [width-1:0]s,
    output cout
);
wire [width:0]cin_temp,b_temp;
assign cin_temp[0]=cin^sub;//減法時(shí)看作被借位，sub_temp[0]作為補(bǔ)碼～b+1的+1母怜，當(dāng)被借位時(shí)cin=1余耽，cin_temp[0]=0,當(dāng)未被借位時(shí)cin=0，cin_temp[0]=1作為正常補(bǔ)碼苹熏。
assign cout=cin_temp[width]^sub;//減法時(shí)看作借位碟贾，運(yùn)算結(jié)果為向高位借位后的值，若有需要將cout看作符號(hào)位求補(bǔ)碼即為答案
assign b_temp={width{sub}}^b;  //減法時(shí)進(jìn)行取反

genvar i;
generate
    for(i=0;i<width;i++)begin
        full_adder inst(
            .a(a[i]),
            .b(b_temp[i]),
            .cin(cin_temp[i]),
            .s(s[i]),
            .cout(cin_temp[i+1])
        );
    end
endgenerate
endmodule

[參考資料1]http://www.reibang.com/p/6ce9cad8b467