Operadores bit a bit

Parte de la sección Fundamentos del Journey de Verilog de Coddy — lección 23 de 90.

Los operadores a nivel de bits realizan operaciones en cada bit individual de un número. A diferencia de los operadores aritméticos (+, -, *, /) que tratan a los números como valores enteros completos, los operadores a nivel de bits funcionan bit por bit.

Operadores a nivel de bits disponibles

Operador	Operación	Qué hace
`&`	AND	El bit de salida es 1 solo si ambos bits de entrada son 1
`\|`	OR	El bit de salida es 1 si al menos uno de los bits de entrada es 1
`^`	XOR	El bit de salida es 1 si los bits de entrada son diferentes
`~`	NOT	Invierte todos los bits (0 se convierte en 1, 1 se convierte en 0)

Cuando usas operadores a nivel de bits (bitwise), Verilog trata los números como binarios tras bambalinas.

reg [3:0] a, b;

a = 4'd10;      // Decimal 10 = binary 1010
b = 4'd12;      // Decimal 12 = binario 1100
c = a & b;      // Funciona igual que usando binario directamente

Puedes escribir números en decimal, hexadecimal o binario: Verilog los convierte a binario para las operaciones a nivel de bits.

Cómo funciona Bitwise

Cada operador funciona en pares de bits (o bits individuales para NOT):

Ejemplo con números de 4 bits:

a = 1010  (binary)
b = 1100  (binary)

AND:  a & b = 1000
      (1&1=1, 0&1=0, 1&0=0, 0&0=0)

OR:   a | b = 1110
      (1|1=1, 0|1=1, 1|0=1, 0|0=0)

XOR:  a ^ b = 0110
      (1^1=0, 0^1=1, 1^0=1, 0^0=0)

NOT:  ~a = 0101
      (~1=0, ~0=1, ~1=0, ~0=1)

Ejemplo de código

module bitwise_demo;
  reg [3:0] a, b;
  reg [3:0] and_res, or_res, xor_res, not_res;
  
  initial begin
    a = 4'b1010;
    b = 4'b1100;
    
    and_res = a & b;   // 1010 & 1100 = 1000
    or_res  = a | b;   // 1010 | 1100 = 1110
    xor_res = a ^ b;   // 1010 ^ 1100 = 0110
    not_res = ~a;      // ~1010 = 0101
    
    $display("a = %b", a);
    $display("b = %b", b);
    $display("a & b = %b", and_res);
    $display("a | b = %b", or_res);
    $display("a ^ b = %b", xor_res);
    $display("~a    = %b", not_res);
    $finish;
  end
endmodule

Salida:

a = 1010
b = 1100
a & b = 1000
a | b = 1110
a ^ b = 0110
~a    = 0101

Desafío

Calcula los resultados a nivel de bits (bitwise) para los valores dados.

Qué hacer:

Calcula a & b y almacénalo en and_res
Calcula a | b y almacénalo en or_res
Calcula a ^ b y almacénalo en xor_res
Calcula ~a y almacénalo en not_res

Pruébalo tú mismo

module bitwise_challenge;
  reg [3:0] a, b;
  reg [3:0] and_res, or_res, xor_res, not_res;
  
  initial begin
    a = 4'b1101;
    b = 4'b1011;
    
    and_res = ______;   // a & b
    or_res  = ______;   // a | b
    xor_res = ______;   // a ^ b
    not_res = ______;   // ~a
    
    $display("a = %b", a);
    $display("b = %b", b);
    $display("a & b = %b", and_res);
    $display("a | b = %b", or_res);
    $display("a ^ b = %b", xor_res);
    $display("~a    = %b", not_res);
    $finish;
  end
endmodule