【HDLBits刷題筆記】12 More Circuits

Rule90

第一次見這東西有點莫名其妙，但是其實看懂了之後就是左移和右移相異或，註意這裡使用的是邏輯右移，會自動補零，不能使用算數左移<<<。

module top_module(
    input clk,
    input load,
    input [511:0] data,
    output reg[511:0] q ); 
    always@(posedge clk)
    begin
        if(load)
            q <= data;
        else begin
            q <= (q<<1)^(q>>1);
        end
    end
endmodule

Rule110

Rule90可以直接根據Left和Right異或得到，而Rule110一定要三個值進行邏輯運算得到，可以畫一個卡諾圖並寫出邏輯表達式並計算，當然不化簡肯定也是可以的。

module top_module(
    input clk,
    input load,
    input [511:0] data,
    output reg[511:0] q
); 
    always@(posedge clk)
    begin
        if(load)
            q <= data;
        else begin
            q <= (q&~(q<<1))|(~(q>>1)&(q<<1))|(~q&(q<<1));
        end
    end
endmodule

 註意左移之後參與計算的是R，右移之後參與計算的是L，一開始搞反了想了很久。

Conwaylife

需要計算鄰域1的個數，註意這裡的邊界比較複雜，每個點都有8個鄰點，成一個環形結構。

 方法比較笨，就是把所有情況全部考慮一遍，註意以下幾點：

1、verilog運算自動按位數最多的運算數來計算，所以計算下標時使用i-8'd15而不是i-15。

2、因為我想讓迴圈數溢出，所以取的8位i。

網上查了一下，看了別人的做法，大致有以下幾類：

1、和hdlbits提示的一樣使用sv語法，使用二維數組，可以大大簡化邏輯。

2、將矩陣拓展為18*18，從而減少情況的考慮。

module top_module(
    input clk,
    input load,
    input [255:0] data,
    output reg[255:0] q ); 
    
    reg [3:0]neig_cnt;
    reg [255:0] q_next;
    
    always@(posedge clk)
    begin
        if(load)
            q <= data;
        else begin
            q <= q_next;
        end
    end
    reg [15:0]loop;
    reg unsigned[7:0]i;
    always@(*)
    begin
        for(loop=0;loop<256;loop=loop+1)
        begin
            i=loop;
            if(i==255)//左上角
                neig_cnt = q[i-8'd15]+q[i+8'd1]+q[i+8'd16]+q[i+8'd15]+q[i-8'd1]+q[i-8'd17]+q[i-8'd16]+q[i-8'd31];
            else if(i==240)//右上角
                neig_cnt = q[i+8'd1]+q[i+8'd17]+q[i+8'd16]+q[i+8'd31]+q[i+8'd15]+q[i-8'd1]+q[i-8'd16]+q[i-8'd15];
            else if(i==15)//左下角
                neig_cnt = q[i-8'd15]+q[i+8'd1]+q[i+8'd16]+q[i+8'd15]+q[i-8'd1]+q[i-8'd17]+q[i-8'd16]+q[i-8'd31];
            else if(i==0)//右下角
                neig_cnt = q[i+8'd1]+q[i+8'd17]+q[i+8'd16]+q[i+8'd31]+q[i+8'd15]+q[i-8'd1]+q[i-8'd16]+q[i-8'd15];
            else if(i>240)//上方
                neig_cnt = q[i+8'd1]+q[i+8'd17]+q[i+8'd16]+q[i+8'd15]+q[i-8'd1]+q[i-8'd17]+q[i-8'd16]+q[i-8'd15];
            else if(i%16==15)//左方
                neig_cnt = q[i-8'd15]+q[i+8'd1]+q[i+8'd16]+q[i+8'd15]+q[i-8'd1]+q[i-8'd17]+q[i-8'd16]+q[i-8'd31];
            else if(i%16==0)//右方
                neig_cnt = q[i+8'd1]+q[i+8'd17]+q[i+8'd16]+q[i+8'd31]+q[i+8'd15]+q[i-8'd1]+q[i-8'd16]+q[i-8'd15];
            else if(i<15)//下方
                neig_cnt = q[i+8'd1]+q[i+8'd17]+q[i+8'd16]+q[i+8'd15]+q[i-8'd1]+q[i-8'd17]+q[i-8'd16]+q[i-8'd15];
            else//中間的點
                neig_cnt = q[i+8'd1]+q[i+8'd17]+q[i+8'd16]+q[i+8'd15]+q[i-8'd1]+q[i-8'd17]+q[i-8'd16]+q[i-8'd15];
            
            if(neig_cnt == 0||neig_cnt == 1)
                q_next[i] = 0;
            else if(neig_cnt == 2)
                q_next[i] = q[i];
            else if(neig_cnt == 3)
                q_next[i] = 1;
            else
                q_next[i] = 0;
        end 
    end
endmodule

看到題目最後John Conway因為COVID-19併發症去世了，有些感慨，RIP。