如何使用verilog语言设计一个卷积交织器

Question

交织器深度为12，M为17
输入端循环发送0 1 2 … 255
使用双端口RAM设计
需要verilog代码和测试文件以及设计的思路

Answer 1

使用Verilog语言设计的卷积交织器的代码示例。使用了双端口RAM来实现。

module convolutional_interleaver(
  input clk,
  input reset,
  input [7:0] data_in,
  output [7:0] data_out
);
  
  // 定义交织器深度和M的参数
  parameter DEPTH = 12;
  parameter M = 17;
  
  // 双端口RAM的地址位宽
  localparam ADDR_WIDTH = $clog2(DEPTH * M);
  
  // 双端口RAM的数据位宽
  localparam DATA_WIDTH = 8;
  
  // 内部计数器
  reg [ADDR_WIDTH-1:0] count;
  
  // 双端口RAM的读写端口
  reg [DATA_WIDTH-1:0] ram_a [0:DEPTH*M-1];
  reg [DATA_WIDTH-1:0] ram_b [0:DEPTH*M-1];
  
  // 写使能信号
  reg write_en_a;
  reg write_en_b;
  
  // 读使能信号
  reg read_en_a;
  reg read_en_b;
  
  // 读地址
  wire [ADDR_WIDTH-1:0] read_addr_a;
  wire [ADDR_WIDTH-1:0] read_addr_b;
  
  // 写地址
  wire [ADDR_WIDTH-1:0] write_addr_a;
  wire [ADDR_WIDTH-1:0] write_addr_b;
  
  // 写数据
  wire [DATA_WIDTH-1:0] write_data_a;
  wire [DATA_WIDTH-1:0] write_data_b;
  
  // 读数据
  wire [DATA_WIDTH-1:0] read_data_a;
  wire [DATA_WIDTH-1:0] read_data_b;
  
  // 写地址生成逻辑
  assign write_addr_a = count % (DEPTH * M);
  assign write_addr_b = write_addr_a;
  
  // 写数据生成逻辑
  assign write_data_a = data_in;
  assign write_data_b = data_in;
  
  // 写使能信号生成逻辑
  always @(posedge clk, posedge reset) begin
    if (reset) begin
      write_en_a <= 0;
      write_en_b <= 0;
    end else begin
      write_en_a <= 1;
      write_en_b <= 1;
    end
  end
  
  // 双端口RAM的写操作
  always @(posedge clk, posedge reset) begin
    if (reset) begin
      ram_a[write_addr_a] <= 0;
      ram_b[write_addr_b] <= 0;
    end else begin
      if (write_en_a) begin
        ram_a[write_addr_a] <= write_data_a;
      end
      if (write_en_b) begin
        ram_b[write_addr_b] <= write_data_b;
      end
    end
  end
  
  // 读地址生成逻辑
  always @(posedge clk, posedge reset) begin
    if (reset) begin
      read_addr_a <= 0;
      read_addr_b <= 0;
    end else begin
      read_addr_a <= (count + (DEPTH - 1 - (count % DEPTH))) % (DEPTH * M);
      read_addr_b <= (count + (count % DEPTH)) % (DEPTH * M);
    end
  end
  
  // 读使能信号生成逻辑
  always @(posedge clk, posedge reset) begin
    if (reset) begin
      read_en_a <= 0;
      read_en_b <= 0;
    end else begin
      read_en_a <= 1;
      read_en_b <= 1;
    end
  end
  
  // 双端口RAM的读操作
  always @(posedge clk, posedge reset) begin
    if (reset) begin
      read_data_a <= 0;
      read_data_b <= 0;
    end else begin
      if (read_en_a) begin
        read_data_a <= ram_a[read_addr_a];
      end
      if (read_en_b) begin
        read_data_b <= ram_b[read_addr_b];
      end
    end
  end
  
  // 输出数据选择逻辑
  always @(posedge clk, posedge reset) begin
    if (reset) begin
      data_out <= 0;
    end else begin
      if (count < DEPTH) begin
        data_out <= read_data_a;
      end else begin
        data_out <= read_data_b;
      end
    end
  end
  
  // 计数器逻辑
  always @(posedge clk, posedge reset) begin
    if (reset) begin
      count <= 0;
    end else begin
      if (count < DEPTH * M - 1) begin
        count <= count + 1;
      end else begin
        count <= 0;
      end
    end
  end

endmodule

测试文件：

module convolutional_interleaver_test;
  
  // 时钟和复位信号
  reg clk;
  reg reset;
  
  // 输入数据和输出数据
  reg [7:0] data_in;
  wire [7:0] data_out;
  
  // 实例化卷积交织器
  convolutional_interleaver uut(
    .clk(clk),
    .reset(reset),
    .data_in(data_in),
    .data_out(data_out)
  );
  
  // 时钟信号的驱动
  always begin
    #5 clk = ~clk;
  end
  
  // 初始化
  initial begin
    clk = 0;
    reset = 1;
    data_in = 0;
    
    #10 reset = 0;
    
    // 模拟输入数据循环发送
    repeat (256) begin
      #20 data_in = data_in + 1;
    end
    
    // 等待输出稳定
    #100 $finish;
  end

endmodule

设计思路：
1.定义交织器的深度和M的参数。DEPTH表示交织器的深度，M表示输入数据的数量。
2.根据交织器深度和M计算双端口RAM的地址位宽。
3.定义内部计数器和双端口RAM的读写端口。
4.定义写使能信号和读使能信号。
5.生成写地址和写数据的逻辑。
6.实现双端口RAM的写操作。
7.生成读地址的逻辑，其中通过计算得到两个读地址，分别用于两个读端口。
8.实现双端口RAM的读操作。
9.选择输出数据的逻辑，根据计数器的值选择相应的读数据。
10.实现计数器逻辑，实现循环计数功能。
11.在测试文件中，实例化卷积交织器并连接信号。
12.通过时钟信号驱动模拟输入数据的发送。
13.在初始化过程中，设置时钟和复位信号，以及模拟输入数据的循环发送。
14.等待输出数据稳定后结束仿真。