ビット演算子
CoddyのVerilogジャーニー「基礎」セクションの一部 — レッスン 23/90。
ビット単位演算子は、数値の個々のビットごとに演算を行います。数値を全体の値として扱う算術演算子（+、-、*、/）とは異なり、ビット単位演算子はビットごとに機能します。
使用可能なビット演算子
| 演算子 | 操作 | 概要 |
|---|---|---|
& | AND | 入力ビットの両方が 1 の場合のみ出力ビットが 1 になります |
| | OR | 入力ビットの少なくとも一方が 1 の場合に出力ビットが 1 になります |
^ | XOR | 入力ビットが異なる場合に出力ビットが 1 になります |
~ | NOT | すべてのビットを反転します (0 は 1 に、1 は 0 になります) |
ビット単位演算子を使用すると、Verilogは内部的に数値をバイナリとして処理します。
reg [3:0] a, b;
a = 4'd10; // Decimal 10 = binary 1010
b = 4'd12; // 10進数の12 = 2進数の1100
c = a & b; // 2進数を直接使うのと同じように動作します数値は10進数、16進数、または2進数で記述できます。Verilogはビット操作のためにそれらを2進数に変換します。
ビット単位の演算の仕組み
各演算子はビットのペア（NOTの場合は単一のビット）に対して作用します：
4ビット数値の例：
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)コード例
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出力:
a = 1010
b = 1100
a & b = 1000
a | b = 1110
a ^ b = 0110
~a = 0101
チャレンジ
指定された値に対するビット単位演算の結果を計算してください。
作業手順:
a & bを計算し、and_resに格納するa | bを計算し、or_resに格納するa ^ bを計算し、xor_resに格納する~aを計算し、not_resに格納する
自分で試してみよう
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
腕試しこのレッスンには短いクイズがあります。レッスンを始めて解答し、進捗を記録しましょう。
