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我必须创建一个 ALU,它具有添加、添加无符号、子、子无符号和、或、异或、nor、slt 和 slt 无符号的条件。我很难实现包含未签名条件的设计。我已经在代码中指出发生错误的地方。此外,ALU 的所有其他方面都正常工作,只有我需要帮助的未签名部分。我正在研究 unsigned 和 std_logic ,但找不到与我类似的问题。
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
use ieee.NUMERIC_STD.all;
entity ALU is
Port (A, B : in STD_LOGIC_VECTOR (31 downto 0);
ALUCntl : in STD_LOGIC_VECTOR (3 downto 0);
Carryin : in STD_LOGIC;
ALUOut : out STD_LOGIC_VECTOR (31 downto 0);
Zero : out STD_LOGIC;
Carryout : out STD_LOGIC;
Overflow : out STD_LOGIC);
end ALU;
architecture Behavioral of ALU is
signal ALU_Result, slt, sltu : std_logic_vector (31 downto 0);
signal add_result,sub_result,a32,b32: std_logic_vector(32 downto 0);
-- create separate a and b for unsigned
signal add_u,sub_u,a32u,b32u: unsigned(32 downto 0);
signal c32: std_logic_vector(32 downto 0):=(others=>'0');
signal add_ov,sub_ov:std_logic;
begin
with ALUCntl select
ALU_Result <=add_result(31 downto 0) when "0010", -- add
sub_result(31 downto 0) when "0110", -- sub
slt when "0111", -- set less than
std_logic_vector(add_u(31 downto 0)) when "0100", -- add unsigned
std_logic_vector(sub_u(31 downto 0)) when "0101", -- sub unsigned
sltu when "1000", -- set less than unsigned
A AND B when "0000",
A OR B when "0001",
A XOR B when "0011",
A NOR B when "1100",
A when others;---condition for all other alu control signals
ALUOut <= ALU_Result;
----Set less than-----------------------------------
process(a32,b32)
begin
if (a32 < b32) then
slt <= x"00000001";
else
slt <= x"00000000";
end if;
end process;
process(a32u,b32u)
begin
if (a32u < b32u) then
sltu <= x"00000001";
else
sltu <= x"00000000";
end if;
end process;
----Addition Operation and carry out generation-----
a32 <='0'& A;
b32 <='0'& B;
c32(0)<=Carryin;
add_result<=std_logic_vector(signed(a32) + signed(b32) + signed(c32));
sub_result<=std_logic_vector(signed(a32) - signed(b32));
a32u <=unsigned('0'& A);
b32u <=unsigned('0'& B);
add_u<=a32u + b32u + unsigned(c32);
sub_u<=a32u - b32u;
---Zero flag-----------------------------
Zero <= '1' when ALU_Result =x"00000000" else '0';
---Overflow flag---------------------------------------
add_ov<= (A(31)and B(31) and (not alu_result(31))) or ((not A(31))and (not B(31)) and alu_result(31));
sub_ov<= (A(31)and (not B(31)) and (not alu_result(31))) or ((not A(31))and B(31) and alu_result(31));
with ALUCntl select
Overflow<= add_ov when "0010" | "0100",
sub_ov when "0110" | "0101",
'Z' when others;
---Carryout-------------------------------------------------
With ALUCntl select
Carryout<= add_result(32) when "0010",
sub_result(32) when "0110",
add_u(32) when "0100",
sub_u(32) when "0101",
'Z' when others;
end Behavioral;
最佳答案
我已经彻底解决了。主要问题是类型转换,所以我已经评论了我添加它们的地方。我还调整了一些代码,通过为命令名称添加常量(这通常是一种很好的做法)和用于命令选择的 case 语句,使其更具可读性。和 std_logic_unsigned
是一个已弃用的非标准库。
我已经更新了它,以与您对有关处理未签名逻辑的原始问题的更新保持一致。我还添加了几个常量和三个子类型,以符合只有一个版本的事实的设计原则。
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
--use ieee.std_logic_unsigned.all; -- Not advisable to use this non standard library.
use ieee.numeric_std.all;
entity ALU is
generic
(
ALU_BITS: natural := 32 -- Added a generic parameter to specify the number of bits in the ALU.
);
port
(
A, B : in std_logic_vector (ALU_BITS - 1 downto 0);
ALUCntl : in std_logic_vector (3 downto 0);
Carryin : in std_logic;
ALUOut : out std_logic_vector (ALU_BITS - 1 downto 0);
Zero : out std_logic;
Carryout : out std_logic;
Overflow : out std_logic
);
end ALU;
architecture Behavioral of ALU is
-- Added some constants and subtypes to make the code more readable and maintainable.
constant ALU_MSB: natural := ALU_BITS - 1;
subtype TALURegister is std_logic_vector(ALU_MSB downto 0);
subtype TALURegisterX is std_logic_vector(ALU_BITS downto 0);
subtype TALURegisterXU is unsigned(ALU_BITS downto 0);
constant ALU_REGISTER_ZERO: TALURegister := (others => '0');
constant ALU_REGISTER_ONE : TALURegister := (ALU_MSB downto 1 => '0') & '1';
constant CMD_ADD : std_logic_vector := "0010";
constant CMD_SUB : std_logic_vector := "0110";
constant CMD_SLT : std_logic_vector := "0111";
constant CMD_SLT_U : std_logic_vector := "1000";
constant CMD_ADD_U : std_logic_vector := "0100";
constant CMD_SUB_U : std_logic_vector := "0101";
constant CMD_AND : std_logic_vector := "0000";
constant CMD_OR : std_logic_vector := "0001";
constant CMD_XOR : std_logic_vector := "0011";
constant CMD_NOR : std_logic_vector := "1100";
signal ALU_Result, slt, sltu : TALURegister;
signal add_result, sub_result, a32, b32: TALURegisterX;
-- create separate a and b for unsigned
signal add_u, sub_u, a32u, b32u: TALURegisterXU;
signal c32: TALURegisterX := (others => '0');
signal add_ov, sub_ov: std_logic;
begin
-- Alternative command selection using a case statement.
process(ALUCntl, add_result, sub_result, slt, sltu, add_u, sub_u, A, B)
begin
case ALUCntl is
when CMD_ADD => ALU_Result <= add_result(ALU_MSB downto 0);
when CMD_SUB => ALU_Result <= sub_result(ALU_MSB downto 0);
when CMD_SLT => ALU_Result <= slt;
when CMD_SLT_U => ALU_Result <= sltu;
when CMD_ADD_U => ALU_Result <= TALURegister(add_u(ALU_MSB downto 0)); -- Added type conversion.
when CMD_SUB_U => ALU_Result <= TALURegister(sub_u(ALU_MSB downto 0)); -- Added type conversion.
when CMD_AND => ALU_Result <= A and B;
when CMD_OR => ALU_Result <= A or B;
when CMD_XOR => ALU_Result <= A xor B;
when CMD_NOR => ALU_Result <= A nor B;
when others => ALU_Result <= A;
end case;
end process;
-- with ALUCntl select
-- ALU_Result <=
-- add_result(ALU_MSB downto 0) when CMD_ADD, -- add
-- sub_result(ALU_MSB downto 0) when CMD_SUB, -- sub
-- slt when CMD_SLT, -- set less than
-- - Getting an error that indexed name is not STD_LOGIC_VECTOR --
-- TALURegister(add_u(ALU_MSB downto 0)) when CMD_ADD_U, -- add unsigned -- Added type conversion.
-- TALURegister(sub_u(ALU_MSB downto 0)) when CMD_SUB_U, -- sub unsigned -- Added type conversion.
---------------------------------------------------------
-- sltu when CMD_SLT_U, -- set less than unsigned
-- A AND B when CMD_AND,
-- A OR B when CMD_OR,
-- A XOR B when CMD_XOR,
-- A NOR B when CMD_NOR,
-- A when others;---condition for all other alu control signals
ALUOut <= ALU_Result;
----Set less than-----------------------------------
process(a32, b32)
begin
if (a32 < b32) then
slt <= ALU_REGISTER_ONE;
else
slt <= ALU_REGISTER_ZERO;
end if;
end process;
----Set less than unsigned--------------------------
process(a32u, b32u)
begin
if (a32u < b32u) then
sltu <= ALU_REGISTER_ONE;
else
sltu <= ALU_REGISTER_ZERO;
end if;
end process;
----Addition Operation and carry out generation-----
a32 <= '0' & A;
b32 <= '0' & B;
c32(0) <= Carryin;
add_result <= TALURegisterX(signed(a32) + signed(b32) + signed(c32)); -- Added type conversion.
sub_result <= TALURegisterX(signed(a32) - signed(b32)); -- Added type conversion.
-- Getting "'0' definitions found" errors here --
a32u <= TALURegisterXU('0' & A); -- Added type conversion.
b32u <= TALURegisterXU('0' & B); -- Added type conversion.
add_u <= a32u + b32u + TALURegisterXU(c32); -- Added type conversion.
sub_u <= a32u - b32u;
-------------------------------------------------
---Zero flag-----------------------------
Zero <= '1' when ALU_Result = ALU_REGISTER_ZERO else '0';
---Overflow flag---------------------------------------
add_ov <= (A(ALU_MSB) and B(ALU_MSB) and (not alu_result(ALU_MSB))) or ((not A(ALU_MSB)) and (not B(ALU_MSB)) and alu_result(ALU_MSB));
sub_ov <= (A(ALU_MSB) and (not B(ALU_MSB)) and (not alu_result(ALU_MSB))) or ((not A(ALU_MSB)) and B(ALU_MSB) and alu_result(ALU_MSB));
with ALUCntl select
Overflow <=
add_ov when CMD_ADD | CMD_ADD_U,
sub_ov when CMD_SUB | CMD_SUB_U,
'Z' when others;
---Carryout-------------------------------------------------
with ALUCntl select
Carryout <=
add_result(ALU_BITS) when CMD_ADD,
sub_result(ALU_BITS) when CMD_SUB,
add_u(ALU_BITS) when CMD_ADD_U,
sub_u(ALU_BITS) when CMD_SUB_U,
'Z' when others;
end Behavioral;
关于type-conversion - 在 VHDL 中将无符号组件实现为 ALU 条件的问题,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/61261156/
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