数字IC手撕代码--小米科技（除法器设计）

news2024/10/5 13:49:40

前言：
本专栏旨在记录高频笔面试手撕代码题，以备数字前端秋招，本专栏所有文章提供原理分析、代码及波形，所有代码均经过本人验证。

目录如下：

1.数字IC手撕代码-分频器（任意偶数分频）

2.数字IC手撕代码-分频器（任意奇数分频）

3.数字IC手撕代码-分频器（任意小数分频）

4.数字IC手撕代码-异步复位同步释放

5.数字IC手撕代码-边沿检测（上升沿、下降沿、双边沿）

6.数字IC手撕代码-序列检测（状态机写法）

7.数字IC手撕代码-序列检测（移位寄存器写法）

8.数字IC手撕代码-半加器、全加器

9.数字IC手撕代码-串转并、并转串

10.数字IC手撕代码-数据位宽转换器（宽-窄，窄-宽转换）

11.数字IC手撕代码-有限状态机FSM-饮料机

12.数字IC手撕代码-握手信号（READY-VALID）

13.数字IC手撕代码-流水握手（利用握手解决流水线断流、反压问题）

14.数字IC手撕代码-泰凌微笔试真题

15.数字IC手撕代码-平头哥技术终面手撕真题

16.数字IC手撕代码-兆易创新笔试真题

17.数字IC手撕代码-乐鑫科技笔试真题（4倍频）

18.数字IC手撕代码-双端口RAM（dual-port-RAM）

...持续更新

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题目描述

除法器的Verilog RTL实现。16bitA，8bitB。C=A/B

解决思路

在硬件中都是二进制数，二进制除法和十进制除法类似，都是一个移位并比较大小的过程。

计算步骤：

① 将被除数高位数据与除数作比较，如果前者>=后者，则可得到对应位的商为1，两者做差得到第一步的余数；否则得到对应的商为0，将前者直接作为余数。

② 将上一步中的余数与被除数剩余最高位1bit数据拼接成新的数据，然后再和除数做比较，可以得到新的商和余数。

③ 重复过程②，直到被除数最低位数据也参与计算。

举个例子375/23 = 16'b0000_0001_0111_0111 / 8'b0001_0111

取被除数的第1位，与除数相比，8'b0000_0000<8'b0001_0111，商为0，前者作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商为0，前者继续作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商为0，前者继续作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商为0，前者继续作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商为0，前者继续作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商为0，前者继续作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商为0，前者继续作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0000_0001< 8'b0001_0111,商为0，前者继续作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0000_0010< 8'b0001_0111,商为0，前者继续作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0000_0101< 8'b0001_0111,商为0，前者继续作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0000_1011< 8'b0001_0111,商为0，前者继续作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0001_0111<=8'b0001_0111,商为1，两者之差作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0000_0000<8'b0001_0111,商为0，前者作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0000_0001<8'b0001_0111,商为0，前者继续作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0000_0011<8'b0001_0111,商为0，前者继续作为余数。

再取右移一位的数继续比较，8'b0000_0111<8'b0001_0111,商为0，前者继续作为余数，已经比到最后一位，输出结果：商为1<<4=16，余数为：8'b0000_0111=7。

故计算得到375/23=16......7。

代码

module divisor(
    input     [15:0]    A       ,
    input     [7:0]     B       ,
    output    [15:0]    result  ,
    output    [7:0]     remain
    );
    reg [15:0]  a_reg   ;
    reg [7:0]   b_reg   ; 
    reg [31:0]  temp_a  ;  # 其实这里取16+8+1bit就够了，取32位是为了好看。
    reg [31:0]  temp_b  ;

    integer     i;
    always@(*)begin
        a_reg = A;
        b_reg = B;
    end

    always@(*)begin
        temp_a = {16'h0,a_reg};
        temp_b = {b_reg,16'h0};
        
        for(i=0;i<16;i=i+1)begin
            temp_a = temp_a <<1;
            if(temp_a >= temp_b)begin
                temp_a = temp_a-temp_b+1;
            end
            else begin
                temp_a = temp_a;
            end
        end
    end

    assign remain = temp_a[31:16];
    assign result = temp_a[15:0];

endmodule

testbench

module divisor_tb();

reg   [15:0]    A       ;
reg   [7:0]     B       ;
wire  [15:0]    result  ;
wire  [7:0]     remain  ;

initial begin
  #10
  A <=  16'd375;
  B <=  8'd23;
  #10
  A <=  16'd557;
  B <=  8'd57;
end

divisor u_divisor(
  .A      (A)       ,
  .B      (B)       ,
  .result (result)  ,
  .remain (remain)
);

endmodule