有符号数计算Verilog

以往在做一些数字电路设计中未曾涉及到有符号数的计算，因此昨日遇见一道简单的题目，没有搞清楚原理导致答错，特此记录下Verilog中有符号数计算的特点。

一、题目描述以及错误原因

有符号数1111+0010得到的结果是？

其实这道题很简单，但是我的思路错了，计算机表示负数是用补码表示的，所以1111(B)对应的十进制数为1111(B)取反加一，即1000(B)+1=1001(B)，也就是-1(D)，转换为十进制计算就是-1+2=1，所以结果就是1也就是0001(B)。

我错误的思路：1111因为符号位为1，所以其为负数，其十进制表示为-7(D)，-7+2=-5，所以结果为1101(B)。

错误原因：

一定要注意，计算机看数据是以补码的形式看待的，所以一定要转换为补码进行计算！正数的补码就是原码，负数的补码就是原码取反加一。

二、Verilog设计及仿真结果

rtl代码如下：

module signedplus(
    input                 wire            clk,
    input                 wire            rst,
    input                 wire  signed [3:0] da,
    input                 wire  signed [3:0] db,
    // output                reg     [4:0]    data
    output                 reg  signed [4:0] data
    );

always @(posedge clk) begin
    if (rst) begin
        // reset
        data <= 'd0;
    end
    else begin
        data <= da + db;
    end
end

endmodule

Modelsim仿真结果为下图，可以看出与分析结果一致

另外，因为计算结果data用5位数据来保存，因此两个加数的符号位扩展，da扩展为11111(B)，db扩展为00010(B)，相加后结果为00 001(B)

而如果按照无符号数来看呢？

module signedplus(
    input                 wire            clk,
    input                 wire            rst,
    input                 wire   [3:0] da,
    input                 wire   [3:0] db,
    // output                reg     [4:0]    data
    output                 reg   [4:0] data
    );

always @(posedge clk) begin
    if (rst) begin
        // reset
        data <= 'd0;
    end
    else begin
        data <= da + db;
    end
end

endmodule

这里的变化仅仅是去掉了signed描述

仿真结果如下，就是直接相加得到的结果

还有一些博客也介绍了有符号数计算的相关注意事项，值得参考学习

verilog有符号数的计算