VHDL 中的通用移位算术

Question

我正在设计通用移位算术运算符。 除了按照下面介绍的方式使用 32 位多路复用器（解码器）之外，还有更好的方法来实现它吗？

ENTITY isra IS 
PORT (
  clk:    in std_logic;
  rst:    in std_logic;
  di:     in std_logic_vector (31 downto 0);
  sel:    in std_logic_vector (31  downto 0);
  res:    out std_logic_vector (31 downto 0) := (others => '0')
);
END isra;


PROCESS
  BEGIN
    WAIT UNTIL clk'EVENT AND clk = '1';
    IF rst = '1' THEN
      res <= (others => '0');
    ELSE
    CASE sel IS
        when X"00000001"  => res <= to_stdlogicvector(to_bitvector(a) sra 1);
        when X"00000002"  => res <= to_stdlogicvector(to_bitvector(a) sra 2);
        ...
        when X"0000001F"  => res <= to_stdlogicvector(to_bitvector(a) sra 31);
        when others => res <= (others => '0');
    END CASE;
END IF;
END PROCESS;

Answer 1

您可以在没有任何循环或 case 语句的情况下使用 SRA 函数：

res <= to_stdlogicvector(to_bitvector(di) sra to_integer(sel));

请注意，您需要将 sel 设置为无符号，而不是 std_logic_vector：

sel: in unsigned (31  downto 0);

如果您不希望这样做，您仍然可以将 sel 转换为无符号。您还需要使用 numeric_bit：

use ieee.numeric_bit.all;

Answer 2

使用索引？

PROCESS
  VARIABLE shift_count : INTEGER RANGE 0 TO 31;
BEGIN
  IF rst = '1' THEN
    res <= (others => '0');
  ELSIF RISING_EDGE(clk) THEN
    shift_count := to_integer(sel);
    FOR I IN 0 TO 31 LOOP
      IF I + shift_count < 32 THEN
        res(I) <= din(I + shift_count);
      ELSE
        res(I) <= din(31); -- for logical shift right, use '0' instead
      END IF;
    END LOOP;
  END IF;
END PROCESS;

这个版本更容易参数化为泛型。

请记住，VHDl 是行为描述，它不指定多路复用器。编译器可以生成不同的设计，具体取决于您是否针对大小、速度进行优化、是否允许流水线操作等。

请注意，5 个 2:1 多路复用器可以在比单个 32:1 多路复用器小得多的区域中实现此目的。如果这不是限制您的时钟速率的块，那么这可能是更好的选择。

另请注意，您的 sel 输入太宽，它只需要 5 位。

Answer 3

从硬件的角度来看，为了在单个时钟中右移可变数量的位置，每个位都是一个触发器，具有基于选择的 32 个可能值之一。所以从这个角度来看，这就是你要做的事情。

不过，我会让 sel == 0 成为一个案例并使其成为直通。从逻辑上讲，这比将所有内容都设置为零更有意义。