verilog中有符号运算

### Verilog 中有符号数的运算方法 在Verilog中处理有符号数时，`signed`关键字用于指定信号是有符号表示。对于有符号数的操作主要包括加法、减法以及乘除等基本算术操作。 #### 符号扩展 当执行涉及不同宽度的操作数之间的运算时，较窄的操作数会被扩展到与另一个操作数相同的位宽。如果该操作数被声明为带符号，则其最高有效位（MSB）作为符号位将会复制填充至高位以保持数值不变[^1]。 ```verilog // 假设 b 是8-bit输入向量, xin是其他数据源 wire signed [15:0] a; assign a = {{8{b[7]}}, xin}; ``` 这段代码展示了如何通过重复最左边一位来完成从8位到16位的符号扩展过程。 #### 加法/减法 两个相同类型的有符号整数可以直接相加以获得它们的结果；而做减法则相当于加上第二个操作数取反再加一后的值。需要注意的是，在某些情况下，无符号数相减可能会产生负结果，但这并不会使它自动转换成有符号形式——这取决于上下文中是否指定了相应的类型属性[^2]。 ```verilog module adder_subtractor ( input wire signed [3:0] op_a, input wire signed [3:0] op_b, output reg signed [4:0] result_add, output reg signed [4:0] result_subtract ); always @(*) begin // 执行加法并考虑可能产生的溢出情况 {result_add} = op_a + op_b; // 减去op_b等于加上它的补码(-op_b= ~op_b+1) {result_subtract} = op_a - op_b; end endmodule ``` 上述模块实现了简单的四比特有符号加法器和减法器，并且考虑到潜在的溢出问题增加了额外的一位用于存储最终结果。 #### 比较操作 为了确保比较能够正确反映实际关系，应当显式地标记参与比较的数据项为带有符号性质。特别是当涉及到常量的时候更要注意这一点，因为默认情况下这些字面量被视为无符号型态。 ```verilog module comparator_example( input wire signed [3:0] data_in, localparam SIGNED_CONST = 4'b1110,// 正确的方式定义了一个四位二进制编码下的-2 parameter UNSIGNED_CONST = 'd14, // 错误方式：未指定长度，默认为最大正整数 output reg is_greater_than_signed_const, output reg is_less_than_unsigned_const ); always @(data_in)begin // 对于已知范围内的固定值可以安全地进行这样的判断 if(data_in > SIGNED_CONST) is_greater_than_signed_const <= 1'b1; else is_greater_than_signed_const <= 1'b0; // 如果不特别说明则视为无符号对比 if(data_in < UNSIGNED_CONST ) is_less_than_unsigned_const <= 1'b1; else is_less_than_unsigned_const <= 1'b0; end endmodule ``` 此例子中的comparator_example模块演示了怎样利用参数化技术创建灵活易维护的设计文件，同时也强调了区分对待不同类型常量的重要性。