실전 Verilog 게이트 레벨 설계: AND, OR, NOT 게이트와 2x1 멀티플렉서

이전 글에서 주요 내장 기본 요소들을 다루었고, 간단한 and, nor, not 게이트를 사용한 실전 예제를 보는 것이 좋겠습니다.

기본 요소의 출력 포트와 연결하기 위해 모듈 출력은 wire 타입이어야 합니다.

예제 #1: 2x1 멀티플렉서

module mux_2x1 (
  input a, b, sel,
  output out
);
  wire sel_n;
  wire out_0;
  not (sel_n, sel);
  and (out_0, a, sel);
  and (out_1, b, sel_n);
  or (out, out_0, out_1);
endmodule

module tb;
  reg a, b, sel;
  wire out;
  integer i;
  mux_2x1 u0 ( .a(a), .b(b), .sel(sel), .out(out));
  initial begin
    {a, b, sel} <= 0;
    $monitor ("T=%0t a=%0b b=%0b sel=%0b out=%0b", $time, a, b, sel, out);
    for (int i = 0; i < 10; i = i+1) begin
      #1 a <= $random; b <= $random; sel <= $random;
    end
  end
endmodule

시뮬레이션 로그

ncsim> run
T=0 a=0 b=0 sel=0 out=0
T=1 a=0 b=1 sel=1 out=0
T=2 a=1 b=1 sel=1 out=1
T=3 a=1 b=0 sel=1 out=1
T=6 a=0 b=1 sel=0 out=1
T=7 a=1 b=1 sel=0 out=1
T=8 a=1 b=0 sel=0 out=0
T=9 a=0 b=1 sel=0 out=1
T=10 a=1 b=1 sel=1 out=1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

전가산기 (Full Adder)

module fa (
  input a, b, cin,
  output sum, cout
);
  wire s1, net1, net2;
  xor (s1, a, b);
  and (net1, a, b);
  xor (sum, s1, cin);
  and (net2, s1, cin);
  xor (cout, net1, net2);
endmodule

module tb;
  reg a, b, cin;
  wire sum, cout;
  integer i;
  fa u0 ( .a(a), .b(b), .cin(cin), .sum(sum), .cout(cout));
  initial begin
    {a, b, cin} <= 0;
    $monitor ("T=%0t a=%0b b=%0b cin=%0b cout=%0b sum=%0b", $time, a, b, cin, cout, sum);
    for (i = 0; i < 10; i = i+1) begin
      #1 a <= $random; b <= $random; cin <= $random;
    end
  end
endmodule

시뮬레이션 로그

ncsim> run
T=0 a=0 b=0 cin=0 cout=0 sum=0
T=1 a=0 b=1 cin=1 cout=1 sum=0
T=2 a=1 b=1 cin=1 cout=1 sum=1
T=3 a=1 b=0 cin=1 cout=1 sum=0
T=6 a=0 b=1 cin=0 cout=0 sum=1
T=7 a=1 b=1 cin=0 cout=1 sum=0
T=8 a=1 b=0 cin=0 cout=0 sum=1
T=9 a=0 b=1 cin=0 cout=0 sum=1
T=10 a=1 b=1 cin=1 cout=1 sum=1
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

2x4 디코더

module tb;
  reg x, y, en;
  wire a, b, c, d;
  integer i;
  dec_2x4 u0 ( .x(x), .y(y), .en(en), .a(a), .b(b), .c(c), .d(d));
  initial begin
    {x, y, en} <= 0;
    $monitor ("T=%0t x=%0b y=%0b en=%0b a=%0b b=%0b c=%0b d=%0b", $time, x, y, en, a, b, c, d);
    en <= 1;
    for (i = 0; i < 10; i = i+1) begin
      #1 x <= $random; y <= $random;
    end
  end
endmodule

시뮬레이션 로그

ncsim> run
T=0 x=0 y=0 en=1 a=0 b=0 c=0 d=1
T=1 x=0 y=1 en=1 a=0 b=0 c=1 d=0
T=2 x=1 y=1 en=1 a=1 b=0 c=0 d=0
T=4 x=1 y=0 en=1 a=0 b=1 c=0 d=0
T=5 x=1 y=1 en=1 a=1 b=0 c=0 d=0
T=6 x=0 y=1 en=1 a=0 b=0 c=1 d=0
T=7 x=1 y=0 en=1 a=0 b=1 c=0 d=0
T=10 x=1 y=1 en=1 a=1 b=0 c=0 d=0
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.

4x2 인코더

module enc_4x2 (
  input a, b, c, d,
  output x, y
);
  or (x, b, d);
  or (y, c, d);
endmodule

module tb;
  reg a, b, c, d;
  wire x, y;
  integer i;
  enc_4x2 u0 ( .a(a), .b(b), .c(c), .d(d), .x(x), .y(y));
  initial begin
    {a, b, c, d} <= 0;
    $monitor("T=%0t a=%0b b=%0b c=%0b d=%0b x=%0b y=%0b", $time, a, b, c, d, x, y);
    for (i = 0; i <= 16; i = i+1) begin
      #1 {a, b, c, d} <= i;
    end
  end
endmodule

시뮬레이션 로그

ncsim> run
T=0 a=0 b=0 c=0 d=0 x=0 y=0
T=2 a=0 b=0 c=0 d=1 x=1 y=1
T=3 a=0 b=0 c=1 d=0 x=0 y=1
T=4 a=0 b=0 c=1 d=1 x=1 y=1
T=5 a=0 b=1 c=0 d=0 x=1 y=0
T=6 a=0 b=1 c=0 d=1 x=1 y=1
T=7 a=0 b=1 c=1 d=0 x=1 y=1
T=8 a=0 b=1 c=1 d=1 x=1 y=1
T=9 a=1 b=0 c=0 d=0 x=0 y=0
T=10 a=1 b=0 c=0 d=1 x=1 y=1
T=11 a=1 b=0 c=1 d=0 x=0 y=1
T=12 a=1 b=0 c=1 d=1 x=1 y=1
T=13 a=1 b=1 c=0 d=0 x=1 y=0
T=14 a=1 b=1 c=0 d=1 x=1 y=1
T=15 a=1 b=1 c=1 d=0 x=1 y=1
T=16 a=1 b=1 c=1 d=1 x=1 y=1
T=17 a=0 b=0 c=0 d=0 x=0 y=0
ncsim: *W,RNQUIE: Simulation is complete.