Números con tamaño definido

Parte de la sección Fundamentos del Journey de Verilog de Coddy — lección 14 de 90.

Hay una forma de declarar un número con un tamaño específico en Verilog. Se llama número con tamaño. Es útil porque evita confusiones sobre cuántos bits tiene tu número y asegura que tu hardware se comporte exactamente como se espera.

Un número con tamaño sigue este formato: [bits]'[format][value]

bits — el número de bits (por ejemplo, 8)
' — un apóstrofo que separa el tamaño del formato (obligatorio)

format — la base del número: b para binario, d para decimal, h para hexadecimal, o o para octal
value — el número real (por ejemplo, 1010)

Por ejemplo:

4'b1010 — 4 bits, binario 1010 (decimal 10)
8'd255 — 8 bits, decimal 255 (binario 11111111)
16'hFF — 16 bits, hexadecimal FF (binario 0000000011111111)
3'b1 — 3 bits, binario 001 (los bits de la izquierda se rellenan con ceros)

Ejemplo de código:

reg [7:0] data;

data = 8'b10101010;   // 8 bits, binario 10101010
data = 8'd170;        // 8 bits, decimal 170
data = 8'hAA;         // 8 bits, hexadecimal AA

Los tres ejemplos asignan el mismo valor a data.

Por qué importa el tamaño

Sin tamaño:

reg [7:0] data;
data = 1;        // ¿Qué significa esto? ¿1 bit? ¿8 bits?

Verilog asume que los números pequeños son de 32 bits por defecto, lo que puede causar problemas.

Con tamaño:

reg [7:0] data;
data = 8'b00000001;   // Claro: valor de 8 bits 1

Relleno con ceros

Cuando asignas un valor más pequeño a un vector más grande, Verilog rellena los bits de la izquierda con ceros:

reg [7:0] data;
data = 4'b1010;    // Se convierte en 8'b00001010

Desafío

Completa el código escribiendo los números con el tamaño correcto.

Qué hacer:

Establece a a un número binario de 8 bits para el decimal 170 (binario 10101010)
Establece b a un número binario de 4 bits para el decimal 12 (binario 1100)
Establece c a un número hexadecimal de 16 bits para el decimal 255 (hex FF)

Hoja de referencia

Un número con tamaño en Verilog sigue el formato: [bits]'[format][value]

bits — número de bits
' — separador de apóstrofe obligatorio
format — b (binario), d (decimal), h (hexadecimal), o (octal)
value — el número real

reg [7:0] data;

data = 8'b10101010;   // 8 bits, binario
data = 8'd170;        // 8 bits, decimal
data = 8'hAA;         // 8 bits, hexadecimal (los tres son iguales)

Sin un tamaño, Verilog utiliza por defecto 32 bits, lo que puede causar un comportamiento inesperado. Los bits de la izquierda se rellenan con ceros cuando el valor es menor que el tamaño declarado:

reg [7:0] data;
data = 4'b1010;    // Se convierte en 8'b00001010

Pruébalo tú mismo

module sized_challenge;
  reg [7:0] a;
  reg [3:0] b;
  reg [15:0] c;
  
  initial begin
    a = ______;   // Binario de 8 bits para 170 (10101010)
    b = ______;   // Binario de 4 bits para 12 (1100)
    c = ______;   // Hexadecimal de 16 bits para 255 (FF)
    
    $display("a = %b", a);
    $display("b = %b", b);
    $display("c = %h", c);
    $finish;
  end
endmodule