Schiebeoperatoren

Teil des Abschnitts Grundlagen der Verilog-Journey von Coddy. Lektion 26 von 90.

Schiebeoperatoren verschieben Bits innerhalb eines Vektors nach links oder rechts.

Verfügbare Schiebeoperatoren

Operator	Operation	Beschreibung
`<<`	Logische Linksverschiebung	Verschiebt Bits nach links und füllt mit Nullen auf
`>>`	Logische Rechtsverschiebung	Verschiebt Bits nach rechts und füllt mit Nullen auf
`<<<`	Arithmetische Linksverschiebung	Wie die logische Linksverschiebung
`>>>`	Arithmetische Rechtsverschiebung	Verschiebt nach rechts und erhält das Vorzeichenbit

Wie sie funktionieren

Linksverschiebung (<<):

8'b00001010 << 2 = 8'b00101000

Die Bits werden nach links verschoben. Rechts werden Nullen eingefügt.

Rechtsverschiebung (>>):

8'b00001010 >> 2 = 8'b00000010

Die Bits bewegen sich nach rechts. Links werden Nullen aufgefüllt.

Codebeispiel

module shift_demo;
  reg [7:0] original, left_shift, right_shift;
  
  initial begin
    original = 8'b00001010;
    
    left_shift  = original << 2;   // 00001010 → 00101000
    right_shift = original >> 2;   // 00001010 → 00000010
    
    $display("original   = %b", original);
    $display("<< 2       = %b", left_shift);
    $display(">> 2       = %b", right_shift);
    $finish;
  end
endmodule

Ausgabe:

original   = 00001010
<< 2       = 00101000
>> 2       = 00000010

Arithmetische Rechtsverschiebung (`>>>`)

Bei vorzeichenbehafteten Zahlen bleibt bei der arithmetischen Rechtsverschiebung das Vorzeichenbit erhalten:

reg signed [7:0] a;
a = -5;                // 11111011
a >>> 2 = 11111110     // Still negative

Eine logische Verschiebung (>>) würde mit Nullen auffüllen und das Vorzeichen verlieren.

Häufige Anwendungen

Mit einer Zweierpotenz multiplizieren (Linksverschiebung):

x << 1    // Multiply by 2
x << 2    // Multiply by 4
x << 3    // Multiply by 8

Durch eine Zweierpotenz teilen (Rechtsverschiebung):

x >> 1    // Divide by 2
x >> 2    // Divide by 4
x >> 3    // Divide by 8

Ein Feld extrahieren:

// Get bits 5-2 from an 8-bit value
field = (data >> 2) & 4'b1111;

Aufgabe

Schreibe die richtigen Schiebeausdrücke für jede Aufgabe.

Aufgaben:

Verschiebe a um 3 Bits nach links und speichere das Ergebnis in left_result.
Verschiebe a um 1 Bit nach rechts und speichere das Ergebnis in right_result.
Verschiebe b um 2 Bits arithmetisch nach rechts und speichere das Ergebnis in arith_result.

Probier es selbst

module shift_challenge;
  reg [7:0] a;
  reg signed [7:0] b;
  reg [7:0] left_result, right_result;
  reg signed [7:0] arith_result;
  
  initial begin
    a = 8'b00010001;
    b = -8'sd16;       // 11110000 im Binärsystem
    
    left_result  = ______;   // Verschiebe a um 3 Bits nach links
    right_result = ______;   // Verschiebe a um 1 Bit nach rechts
    arith_result = ______;   // Verschiebe b um 2 Bits nach rechts (arithmetisch)
    
    $display("a = %b", a);
    $display("a << 3 = %b", left_result);
    $display("a >> 1 = %b", right_result);
    $display("b = %b", b);
    $display("b >>> 2 = %b", arith_result);
    $finish;
  end
endmodule