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 eine Anweisung ausgeführt wird.

In dieser Lektion behandeln wir Verzögerungen von Gattern, die für integrierte Gatterprimitiven wie and, or und not spezifisch sind. Eine Gatterverzögerung modelliert, wie lange ein Hardwaregatter benötigt, um einen Ausgang 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 Ausbreitungszeit des Gatters zu simulieren. Der output 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 Gatterausbreitungszeit 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 AND-Gatter benötigt 5 Zeiteinheiten, um seinen Ausgang zu ändern, nachdem sich a oder b geändert hat.

Gatterverzögerung mit mehreren Eingängen

nand #8 (out, a, b, c, d);   // 4-Eingangs-NAND mit 8 Zeiteinheiten Verzögerung

Wichtige Regeln

Regel	Erklärung
Die Verzögerung steht nach dem Gatternamen	`and #5 (out, a, b)`
Verzögerungswert in Zeiteinheiten	Basiert auf der Direktive `timescale`
Alle Eingänge beeinflussen den Ausgang	Jede Änderung eines Eingangs löst die Verzögerung aus
Nicht synthetisierbar	Gatterverzögerungen dienen nur der Simulation

Aufgabe

Füge die fehlenden Gatterverzögerungen zu diesem Modul hinzu. Verwende für jedes Gatter eine andere Verzögerung.

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 5 Zeiteinheiten Verzögerung hinzufügen (Eingänge a, b)
  
  // TODO: OR-Gatter mit 3 Zeiteinheiten Verzögerung hinzufügen (Eingänge a, b)
  
  // TODO: NOT-Gatter mit 2 Zeiteinheiten Verzögerung 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