Verilog中的有符号数

简介：
本文介绍了在Verilog中处理有符号数的方法和技巧，包括如何定义、运算以及常见的问题解决。 在数字电路设计领域，我们经常使用两种类型的数值：无符号数与有符号数。无符号数包括0及所有整数；而有符号数则涵盖了正负整数以及零。 对于有符号的二进制数据来说，通常采用补码的形式进行表示。例如，在4位二进制系统中，1001代表-7（以2的补码形式），加上0100（+4）的结果为1101，即在数轴上顺时针移动四个位置后得到的结果是-3。 无论是无符号还是有符号的数据类型，在进行加减运算时都遵循相同的规则。然而，它们之间的区别在于溢出处理的方式不同：对于无符号数据来说，当结果超过其表示范围（如从1111跳转到0000）即视为溢出；而对于有符号数，则是从正的最大值跨越至负的最小值。 值得注意的是，在Verilog编程语言中，如果操作数和运算结果具有相同的位宽，那么无论使用何种类型的数据（有符号或无符号），它们都将引用同一套硬件逻辑。例如，当声明a、b为8位信号且执行sum = a + b时，该表达式在有符号与无符号两种情况下均适用相同数量的电路资源。 然而，在处理不同宽度的操作数进行运算时，我们必须明确指定是采用哪种数据类型（即有符号或无符号）。这是因为它们需要不同的扩展方式：对于无符号数来说，我们通常使用零填充的方式；而对于有符号数，则必须通过复制最高位来实现所谓的“符号扩展”。 在Verilog-1995标准中，默认情况下只有integer被定义为带符号类型，其余的reg和wire则被视为无符号。这导致了灵活性上的限制。 然而，在较新的Verilog-2001版本里，我们可以通过添加关键字signed来指定变量是带有符号的（如：reg signed [7:0] a, b;），从而使得设计更加简洁、直观，并且避免手动进行数据类型的转换。