サイズ指定ありの数値

CoddyのVerilogジャーニー「基礎」セクションの一部 — レッスン 14/90。

Verilogには、特定のサイズで数値を宣言する方法があります。それはサイズ指定された数値 (sized number)と呼ばれます。これは、数値が何ビットであるかについての混乱を防ぎ、ハードウェアが期待通りに動作することを保証するため、非常に有用です。

サイズ指定された数値は、次の形式に従います：[bits]'[format][value]

bits — ビット数（例：8）
' — サイズと形式を区切るアポストロフィ（必須）

format — 数値の基数: 2進数の b、10進数の d、16進数の h、または8進数の o
value — 実際の数値（例: 1010）

例えば：

4'b1010 — 4ビット、2進数 1010（10進数 10）
8'd255 — 8ビット、10進数 255（2進数 11111111）
16'hFF — 16ビット、16進数 FF（2進数 0000000011111111）
3'b1 — 3ビット、2進数 001（左側のビットはゼロで埋められます）

コード例:

reg [7:0] data;

data = 8'b10101010;   // 8ビット、2進数 10101010
data = 8'd170;        // 8ビット、10進数 170
data = 8'hAA;         // 8ビット、16進数 AA

これら3つの例はすべて、dataに同じ値を代入します。

サイズが重要な理由

サイズ指定がない場合:

reg [7:0] data;
data = 1;        // これはどういう意味でしょうか？ 1ビット？ 8ビット？

Verilogはデフォルトで小さな数値を32ビットと見なすため、問題が発生することがあります。

サイズ指定あり:

reg [7:0] data;
data = 8'b00000001;   // クリア: 8ビットの値 1

ゼロパディング

小さい値を大きいベクトルに代入すると、Verilogは左側のビットをゼロで埋めます：

reg [7:0] data;
data = 4'b1010;    // 8'b00001010 になります

チャレンジ

正しいサイズの数値を記述して、コードを完成させてください。

手順:

a を10進数の 170（2進数 10101010）を表す8ビットの2進数に設定してください。
b を10進数の 12（2進数 1100）を表す4ビットの2進数に設定してください。
c を10進数の 255（16進数 FF）を表す16ビットの16進数に設定してください。

チートシート

Verilogにおけるサイズ指定された数値は、次の形式に従います：[bits]'[format][value]

bits — ビット数
' — 必須のアポストロフィ区切り文字
format — b (2進数), d (10進数), h (16進数), o (8進数)
value — 実際の数値

reg [7:0] data;

data = 8'b10101010;   // 8ビット、2進数
data = 8'd170;        // 8ビット、10進数
data = 8'hAA;         // 8ビット、16進数（これら3つはすべて等価です）

サイズを指定しない場合、Verilogはデフォルトで32ビットになります。これは予期しない動作を引き起こす可能性があります。値が宣言されたサイズよりも小さい場合、左側のビットはゼロで埋められます：

reg [7:0] data;
data = 4'b1010;    // 8'b00001010 になります

自分で試してみよう

module sized_challenge;
  reg [7:0] a;
  reg [3:0] b;
  reg [15:0] c;
  
  initial begin
    a = ______;   // 170の8ビットバイナリ (10101010)
    b = ______;   // 12の4ビットバイナリ (1100)
    c = ______;   // 255の16ビット16進数 (FF)
    
    $display("a = %b", a);
    $display("b = %b", b);
    $display("c = %h", c);
    $finish;
  end
endmodule