从与或非门开始构建一个计算机的教程(写给软件工程师)二

布尔逻辑

大部分电路输入都大于两个,如 Mux 有三个输入,And16 甚至有 16 个输入。只有 DMux 有两个输入两个输出。

虽然 tangnaono 只有一个 led 能被程序控制,但 tangnano 有很多 gpio ,gpio 是通用接口,程序可以控制它产生高低电平(也就是 0 1 )。可以把一个 led 接在 gpio 上(这里一端接到 2 一端接地)这样控制 gpio 的电平可以间接控制 led 的灯亮灭。

<img src="https://tva1.sinaimg.cn/large/e6c9d24egy1h2sts4gqr4j21400u0tgc.jpg" alt="IMG_1879" style="zoom: 25%;" />

DMux

DMux 又称数据分配器。根据 sel 的信号分配 in 的信号,如果 sel 等于 0 则 a 等于 in 的信号,如果 sel 等于 1 则 b 等于 in 的信号。

`include "Not.v"
`include "And.v"
`default_nettype none

module DMux(
    input wire in,
    input wire sel,
    output wire a,
    output wire b
);
    wire notsel;
    Not NOT2(.in(sel), .out(notsel));
    And AND1(.a(in),.b(notsel),.out(a));
    And AND2(.a(in),.b(sel),.out(b));

endmodule

约束文件如下:

IO_LOC "a" 10; // red
IO_LOC "in" 15;
IO_LOC "sel" 14; // right hand default 1
IO_LOC "b" 2; // blue

执行以下命令写入 Fpga

make sym-dmux

make flash

因为开关(14 也就是右边那个按钮)松开默认是 1 ,所以当写入 Fpga 后什么都不做,sel 等于 1 ,b 的信号等于 in 的信号,此时因为 in 绑定到按钮上(15 左边的按钮)也默认为 1 ,所以 b 为 1 ,连接到 gpio 2 的 led 发光(因为是 1 也就是高电平)。按下右边的按钮(sel),sel 等于 0 ,in 分配给了 a,红灯(10)亮,外接的 led(2)灭。

其他

这次的其他电路输入都大于 2 个,我们的 Fpga 只有两个按钮,在其上很难测试,虽然也可以连接额外的按钮,可 And16 有 16 个输入,同时按不现实,所以选择用仿真测试,以 And16 为例,其他同理。

And16 其实就是 16 个与门按位与:

`include "Not.v"
`include "And.v"
`default_nettype none
module And16(
    input wire [15:0] a,
    input wire [15:0] b,
    output wire [15:0] out
);
    And AND1(.a(a[0]),.b(b[0]),.out(out[0]));
    And AND2(.a(a[1]),.b(b[1]),.out(out[1]));
    And AND3(.a(a[2]),.b(b[2]),.out(out[2]));
    And AND4(.a(a[3]),.b(b[3]),.out(out[3]));
    And AND5(.a(a[4]),.b(b[4]),.out(out[4]));
    And AND6(.a(a[5]),.b(b[5]),.out(out[5]));
    And AND7(.a(a[6]),.b(b[6]),.out(out[6]));
    And AND8(.a(a[7]),.b(b[7]),.out(out[7]));
    And AND9(.a(a[8]),.b(b[8]),.out(out[8]));
    And AND10(.a(a[9]),.b(b[9]),.out(out[9]));
    And AND11(.a(a[10]),.b(b[10]),.out(out[10]));
    And AND12(.a(a[11]),.b(b[11]),.out(out[11]));
    And AND13(.a(a[12]),.b(b[12]),.out(out[12]));
    And AND14(.a(a[13]),.b(b[13]),.out(out[13]));
    And AND15(.a(a[14]),.b(b[14]),.out(out[14]));
    And AND16(.a(a[15]),.b(b[15]),.out(out[15]));
endmodule

很简单,可以看到创建了 16 个与门,a b 每一位相与的结果放在 out 的对应位。

编译,执行测试(仿真,激励)。

iverilog -o And16_tb.vvp And16_tb.v

vvp And16_tb.vvp

测试会把结果写入 *.out 文件里,然后和提供的 *.cmp 比较就可以了,如果一样就代表通过了。

diff And16.out And16.cmp

其他逻辑电路相同。

代码:https://github.com/buhe/bugu-computer/tree/master/01

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