Verilog를 이용한 비교기 구현 예제

오늘은 Verilog를 사용하여 Comparator를 구현하는 여러 가지 방법을 소개하겠습니다. 각각의 방법은 데이터 플로우 모델링과 동작적 모델링을 사용하며, 이를 통해 Verilog의 다양한 모델링 기법을 이해할 수 있습니다.

1. 데이터 플로우 모델링을 이용한 1비트 Comparator

데이터 플로우 모델링은 데이터의 흐름을 수식으로 표현하는 방식입니다. 아래는 데이터 플로우 모델링을 사용한 1비트 Comparator의 Verilog 코드입니다.

module comparator_dataflow(
    input a, b,
    output equal, greater, less
);
    
    assign equal = (a == b) ? 1'b1 : 1'b0;
    assign greater = (a > b) ? 1'b1 : 1'b0;
    assign less = (a < b) ? 1'b1 : 1'b0;

endmodule

이 코드는 입력 신호 a와 b를 비교하여 equal, greater, less 출력을 설정합니다. 각각의 출력은 삼항 연산자를 사용하여 조건에 따라 1 또는 0으로 설정됩니다.

2. 데이터 플로우 모델링을 이용한 4비트 Comparator

4비트 Comparator는 4비트 입력을 비교합니다. 아래는 데이터 플로우 모델링을 사용한 4비트 Comparator의 Verilog 코드입니다.

module comparator_4bits(
    input [3:0] a, b,
    output equal, greater, less
);
    
    assign equal = (a == b) ? 1'b1 : 1'b0;
    assign greater = (a > b) ? 1'b1 : 1'b0;
    assign less = (a < b) ? 1'b1 : 1'b0;

endmodule

이 코드는 1비트 Comparator와 동일한 방식으로 작동하지만, 입력 신호 a와 b가 4비트입니다. 이를 통해 더 큰 비트 너비의 신호를 비교할 수 있습니다.

3. 데이터 플로우 모델링을 이용한 N비트 Comparator

파라미터를 사용하여 N비트 Comparator를 구현할 수 있습니다. 아래는 데이터 플로우 모델링을 사용한 N비트 Comparator의 Verilog 코드입니다.

module comparator #(parameter N = 8)(
    input [N-1:0] a, b,
    output equal, greater, less
);
    
    assign equal = (a == b) ? 1'b1 : 1'b0;
    assign greater = (a > b) ? 1'b1 : 1'b0;
    assign less = (a < b) ? 1'b1 : 1'b0;

endmodule

이 코드는 파라미터 N을 사용하여 입력 신호 a와 b의 비트 너비를 조정할 수 있습니다. 이를 통해 다양한 비트 너비의 신호를 비교할 수 있습니다.

4. 동작적 모델링을 이용한 N비트 Comparator

동작적 모델링은 특정 조건이나 이벤트에 따라 동작을 정의하는 방식입니다. 아래는 동작적 모델링을 사용한 N비트 Comparator의 Verilog 코드입니다.

module comparator_N_bits_b #(parameter N = 8)(
    input [N-1:0] a, b,
    output reg equal, greater, less
);
        
    always @(a, b) begin
        equal = 0;
        greater = 0;
        less = 0;
        if (a == b) equal = 1;
        else if (a > b) greater = 1;
        else if (a < b) less = 1;
    end
        
endmodule

이 코드는 always 블록을 사용하여 입력 신호 a와 b를 비교하고, 조건에 따라 equal, greater, less 출력을 설정합니다. 이 방식은 동작적 모델링의 전형적인 예입니다.

5. 동작적 모델링을 이용한 2비트 Comparator 예제

아래는 동작적 모델링을 사용하여 2비트 Comparator를 테스트하는 Verilog 코드입니다.

module comparator_n_bits_test(
    input [1:0] a, b,
    output equal, greater, less
);
        
    comparator_N_bits_b #(.N(2)) comp_2bit(
        .a(a), .b(b), .equal(equal), .greater(greater), .less(less)
    );

endmodule

이 코드는 comparator_N_bits_b 모듈을 인스턴스화하여 2비트 Comparator를 구현합니다. 파라미터 N을 2로 설정하여 2비트 비교기를 생성합니다.

결론

이처럼 Verilog에서는 다양한 모델링 기법을 사용하여 Comparator를 구현할 수 있습니다. 데이터 플로우 모델링은 수식으로 데이터의 흐름을 간단히 표현할 수 있고, 동작적 모델링은 특정 조건에 따른 동작을 정의하는 데 유용합니다.