Operatori bitwise

Fa parte della sezione Fondamenti del percorso Verilog di Coddy. Lezione 23 di 90.

Gli operatori bit a bit eseguono operazioni su ogni singolo bit di un numero. A differenza degli operatori aritmetici (+, -, *, /) che trattano i numeri come valori interi, gli operatori bit a bit operano bit per bit.

Operatori bitwise disponibili

Operatore	Operazione	Cosa fa
`&`	AND	Il bit di output è 1 solo se entrambi i bit di input sono 1
`\|`	OR	Il bit di output è 1 se almeno uno dei bit di input è 1
`^`	XOR	Il bit di output è 1 se i bit di input sono diversi
`~`	NOT	Inverte tutti i bit (0 diventa 1, 1 diventa 0)

Quando usi gli operatori bit a bit, Verilog tratta i numeri come binari dietro le quinte.

reg [3:0] a, b;

a = 4'd10;      // Decimal 10 = binary 1010
b = 4'd12;      // Decimale 12 = binario 1100
c = a & b;      // Funziona allo stesso modo che usando direttamente il binario

Puoi scrivere i numeri in decimale, esadecimale o binario: Verilog li converte in binario per le operazioni bit a bit.

Come funzionano le operazioni bit a bit

Ogni operatore agisce su coppie di bit (o su singoli bit per NOT):

Esempio con numeri a 4 bit:

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)

Esempio di codice

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

Output:

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

Sfida

Calcola i risultati delle operazioni bit a bit per i valori forniti.

Cosa fare:

Calcola a & b e memorizza il risultato in and_res
Calcola a | b e memorizza il risultato in or_res
Calcola a ^ b e memorizza il risultato in xor_res
Calcola ~a e memorizza il risultato in not_res

Provalo tu

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

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