无法实现简单的 ALU

Question

我有一个用 Verilog 描述的基本 8 位 ALU。我正在尝试实现该设计，但收到错误消息：

ERROR:NgdBuild:809 - output pad net 'quotient<1>'有非法负载： 模块 Mmux_opcode[2]_GND_1_o_wide_mux_8_OUT81 上的引脚 I3，类型为 LUT6

该设计执行以下运算：加法、减法、乘法、除法、AND、OR、XOR 和 XNOR。有趣的是，除非被除数除以 2（基本上是右移），否则 Xilinx XST 无法合成除法器。因此，为了解决这个问题，我使用了 Xilinx Core Generator 生成的 CORE IP 组件。它采用单个时钟（没有时钟使能或同步清除，并在大约 20 个时钟周期后输出正确的商和余数。核心本身可以在核心生成器程序中的数学函数下找到。无论如何，这是我的代码：

`timescale 1ns / 1ps
module ALU8(A,B,opcode,clk,OUT);

// I/O
// We have two 16-bit inputs
input [7:0] A,B;
// The opcode determines our next operation
input [2:0] opcode;
// The processor clock
input clk;
// A 32-bit output
output [15:0] OUT;

// The inputs are wires
wire [7:0] A,B;
wire [2:0] opcode;

// The output is a register
reg [15:0] OUT;

// The quotient and remainder for tyhe divider
wire [7:0] quotient,remainder;
// Declare an internal dividing unit
Divider8 divider(.rfd(), .clk(clk), .dividend(A), .quotient(quotient), .divisor(B), .fractional(remainder));

// Define operation codes, there's only 9 so far
parameter   ADD = 3'b000;
parameter   SUB = 3'b001;
parameter   MUL = 3'b010;
parameter   DIV = 3'b011;
parameter   AND = 3'b100;
parameter   OR  = 3'b101;
parameter   XOR = 3'b110;
parameter   XNOR    = 3'b111;

// On the rising-edge of the clock
always @(posedge clk)
begin
    // The output is determined by the operation
    // Think of it as a MUX
    // A MUX8 will be added in later
    case(opcode)
        ADD: OUT <= A + B;
        SUB: OUT <= A - B;
        MUL: OUT <= A * B;
        DIV: OUT <= {quotient,remainder};
        AND: OUT <= A & B;
        OR:  OUT <= A | B;
        XOR: OUT <= A ^ B;
        XNOR: OUT <= A ~^ B;
        default: OUT <= 16'b0000000000000000;
    endcase
end
endmodule

显然我的代码很糟糕，我的评论可能是错误的，但我只是 Verilog 的初学者。但是，我确实计划大大改进此代码并添加更多操作供我练习，该模块本身确实成功地进行了正确的综合和模拟。我无法在任何 FPGA 上实现它。任何人都知道代码或 Xilinx ISE（像往常一样充满错误）或项目设置是否有问题

？代码，以反映答案提供的建议。

Answer 1

您的 coregen 项目中是否选择了“使用 IO 焊盘创建网表包装器”选项？从错误来看，Divider8 内核有一个 OBUF 或类似的输出缓冲区来驱动商输出。 OBUF 只能驱动离开 FPGA 的信号。

另请注意，尽管这与 ngdbuild 错误无关：通常在顺序块中使用非阻塞分配（“始终@（thoughtge clk）”），例如“OUT <= A + B”。对此的简短解释是，它推迟更新 OUT 信号，直到处理完当前时间的所有其他事件，这避免了模拟器中的竞争条件。

Answer 2

这不是答案，但我认为这些技巧可能会改进您的代码。

由于我没有您的 Divider8 模块，因此无法编译您的代码，除非我注释掉 divider 实例。错误消息似乎与该实例有关。

对于许多综合工具来说，initial 块是不可综合的。由于我不使用xilinx，所以无法评论它的支持。也许您可以删除 initial 块。

最好使用非阻塞赋值 (<=) 来综合顺序逻辑。例如：

case(opcode)
    ADD: OUT <= A + B;
    SUB: OUT <= A - B;

您可以将常量重新编码为：

    default: OUT = {16{1'b0}};