Gatterverzögerungen

Teil des Abschnitts Grundlagen der Verilog-Journey von Coddy. Lektion 68 von 90.

In der vorherigen Lektion haben wir allgemeine Verzögerungen behandelt, die wie #10 a = b; verwendet werden. Sie warten, bevor sie eine Anweisung ausführen.

In dieser Lektion behandeln wir Gatterlaufzeiten, die für eingebaute Gatterprimitive wie and, or und not spezifisch sind. Eine Gatterlaufzeit modelliert, wie lange ein Hardwaregatter benötigt, um eine Ausgabe zu erzeugen, nachdem sich seine Eingänge geändert haben.

In echter Hardware reagieren Gatter nicht sofort. Es gibt eine kleine Verzögerung. Wenn du integrierte Gatterprimitive verwendest, kannst du eine Verzögerung hinzufügen, um die Laufzeit des Gatters zu simulieren. Der Ausgang ändert sich erst nach der angegebenen Verzögerung.

Unterschied zwischen allgemeiner Verzögerung und Gatterverzögerung

	Allgemeine Verzögerung	Gatterverzögerung
Syntax	`#10 a = b;`	`and #5 (out, a, b);`
Position	`#` vor einer Anweisung	`#` innerhalb eines Gatterprimitivs
Zweck	Vor der Ausführung warten	Die Ausbreitungszeit des Gatters modellieren

Syntax:

gate_type #(delay) (output, input1, input2, ...);

#(delay) gibt an, wie viele Zeiteinheiten das Gatter benötigt, um zu reagieren.

Einfaches Beispiel

and #5 (out, a, b);

Dieses UND-Gatter benötigt 5 Zeiteinheiten, um seinen Ausgang zu ändern, nachdem sich a oder b geändert hat.

Gatterlaufzeit bei mehreren Eingängen

nand #8 (out, a, b, c, d);   // NAND mit 4 Eingängen und einer Verzögerung von 8 Zeiteinheiten

Wichtige Regeln

Regel	Erklärung
Die Verzögerung steht nach dem Namen des Gatters	`and #5 (out, a, b)`
Verzögerungswert in Zeiteinheiten	Basierend auf der `timescale`-Direktive
Alle Eingänge beeinflussen den Ausgang	Eine Änderung an einem beliebigen Eingang kann den Ausgang ändern, aber erst nach der Verzögerung
Nicht synthetisierbar	Gatterverzögerungen dienen nur der Simulation

Aufgabe

Füge diesem Modul die fehlenden Gatterlaufzeiten hinzu. Verwende für jedes Gatter eine andere Laufzeit.

Aufgabe:

AND-Gatter: Verzögerung von 5 Zeiteinheiten
OR-Gatter: Verzögerung von 3 Zeiteinheiten
NOT-Gatter: Verzögerung von 2 Zeiteinheiten

Probier es selbst

module gate_delay_challenge;
  reg a, b;
  wire and_out, or_out, not_out;
  
  // TODO: AND-Gatter mit einer Verzögerung von 5 Zeiteinheiten hinzufügen (Eingänge a, b)
  
  // TODO: OR-Gatter mit einer Verzögerung von 3 Zeiteinheiten hinzufügen (Eingänge a, b)
  
  // TODO: NOT-Gatter mit einer Verzögerung von 2 Zeiteinheiten hinzufügen (Eingang a)
  

  initial begin
    $monitor("Time %0t: a=%b, b=%b | and=%b, or=%b, not=%b", 
              $time, a, b, and_out, or_out, not_out);
    
    a = 1; b = 1;
    #10 $finish;
  end
endmodule