이지원의 공부기록

지난 포스팅에 애더까지 만들고

testbench를 이용하여 시뮬레이션도 돌려보았다.

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오늘은 MUX (먹스) 를 만들어보겠다.

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먹스 (MUX) 란 Multiplexer로

출력에 연결하는 N개의 입력 중 하나를 선택하는것이다.

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예를 들면 위와 같은 구조에서

S가 0이라면 D0의 값이 Y가 되고

S가 1이라면 D1의 값이 Y가 되는것이다.

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그렇다면 이제 verilog를 이용하여 이러한 mux를 어떻게 디자인하냐,,,!

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먼저 2:1 mux를 생각해보자

2:1 mux라면 선택지가 d0와 d1 이렇게 두가지만 있는

위의 예시에서 보여준 형태이다.

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module 이름을 써주고 입출력을 써준 후

assign으로 할당하여준다.

assign 문에서 ?의 역할이

s에 따라 d1과 d0중 선택하겠다는 뜻이다.

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따라서 mux에서는 이렇게 써준다.

여기서 주의할건 뒤에가 0일때라는거임!

그래서 0일 때 d0를 택할거니까 d1:d0로 써줌

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그렇다면 이번에도 마찬가지로 내가 짠 이 mux가 제대로 작동하는지를 확인하기 위해

testbench를 간단히 짜서 확인해보자

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간단히 module 이름은 tbformux로 하고

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입력은 reg 출력은 wire 선언을 해준다.

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그리고 우리가 확인해볼 mux를 써서 불러와주고

각각의 입출력 옆에 들어갈 값들을 써준다.

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그리고 display를 이용하여 화면에 나타나는걸 적어준다.

s가 0과 1에 따라 달라지므로 0을 넣었을때와 1을 넣었을때를 보여주기 위해

0과 1을 넣어주고

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그에 따라 d0와 d1이 나오는걸 보여주기 위해

d0와 d1에도 다른 입력값을 넣어준다.

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그리고 시뮬을 돌려보면

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s의 값이

0일때는 d0 의 값이 y로 나오고

1일때는 d1의 값이 y로 나오는 것을 확인할 수 있다.

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지난 포스팅에는 1-bit adder를 연결하여

4-bit adder를 만들었다.

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이번 포스팅은 그렇게 만든 adder를 실험할 수 있는 testbench를 짜 볼 것이다.

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우선 testbench 란 우리가 만든 dut (device under test) 를 말 그대로 test 할 수 있게 해주는 것이다.

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앞에서 만든 adder는 dut이다. 이 dut만 가지고서는 제대로 작동하는지 알 수 없기 때문에

testbench를 이용하여 시험해주는 것이다.

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예를 들어 함수 f(x)를 만들었다면 그 함수 f(x)의 x에 어떤 값을 넣었을 때

우리가 생각한 값이 나와야지 함수 f(x)가 제대로 작동하는지 알 것이다.

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그런 x에 값을 넣는 동작을 testbench로 해주는 것이다.

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testbench 또한 우리가 만든 dut를 test 하는 것이므로

시험하려는 dut와 입출력이 똑같아야 한다.

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(다르면 오류 뜨므로 주.의. 오류 뜨면 짜증남)

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* dut에서는 입력을 input , 출력을 output으로 적었지만

testbench를 작성할 때는 입력은 reg로 선언하여 적고 출력은 wire로 적어준다.

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그리고 각 모듈의 이름을 써주고 입출력 옆에 ( ) 에 각각 넣을 입력을 적어준다.

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예시로 저번 포스팅에서 만든 adder에 관해 testbench를 작성하면 다음과 같다.

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항상 시작은 module로 시작한다.

그리고 dut와 다르게 입력은 reg 출력은 wire 선언 후 작성한 걸 볼 수 있다.

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그리고 각각 입력을 random하게 넣어주면서 화면에 출력되는 output 값을 확인하면 adder가 제대로 작동하는지

확인할 수 있다.

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이와 같이 작성한 testbench를 modelsim을 이용하여 돌려보면

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이러한 웨이브 형태가 나온다.

우리는 이진수보다는 역시 10진수가 알아보기도 편하고 마음도 편하므로 ^^,,,

상큼하게 10진수로 바꿔준다

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그리고 웨이브를 잘 살펴보면

a와 b 그리고 carry in이 랜덤하게 들어오는 것을 볼 수 있다.

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그리고 그에 따라 sum인 출력값 s1을 보면 2+4+1=7

로 7이라는 값을 가지는것을 볼 수 있다.

또한 이는 다른 방법으로 작성한 두개의 4-bit adder에서

동일한 결과 값이 나오는걸 볼 수 있다.

(s1과 s2의 값이 같고, co1과 co2의 값이 같다.)

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다음 웨이브를 보면 ci (carry in ) 값이 없고

a,b 값이 8과 1이므로

8+1+0 = 9

로 s1, s2의 값이 9인것을 볼 수 있다.

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이를 display 창 (화면에 표시되게끔 작성했으므로)

을 통해 보면 다음과 같다.

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각각 표에서 ci와 a,b 를 더한값이 s1, s2 인것을 확인할 수 있다.

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이렇게 adder (덧셈기) 를 만들었다.

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지난 포스트에 1-bit adder를 만들었으므로

오늘은 4-bit Adder를 만들어보도록 하겠다.

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지난 시간에 만든 1-bit adder를 연결하면

4-bit 인 adder를 만들 수 있다.

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구조를 살펴보면 다음과 같다.

1bit adder에서 나온 carry out이

다음 adder의 carry in 으로 들어가게 되고

이렇게 4번을 하면서 4-bit 짜리를 만들 수 있는것이다.

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따라서 1-bit adder를 이용한다면 간단하게 만들 수 있다.

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먼저 1-bit adder를 다음과 같이 적어주고

여기서 이 모듈의 이름이 fa 라는걸 주의깊게 보자

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4-bit adder를 만들것이므로

각각의 입출력에 [3:0]을 작성해서 4bit로 만들어준것도 주의해야한다.

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(* 작동하려고 쓰는것보다 비트수를 적게 할당하면 오류가 날 수 있다. 추후에 다시 설명하겠다)

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그리고 맨 위 그림에서 보듯이 각각의 1-bit adder에서 나온 carry out과

그 다음 adder로 들어가는 carry in은 입출력이 아니므로 wire로 선언해서 적어줘야 한다.

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그리고 1-bit adder의 모듈이름이 fa 였으므로

fa 라고 선언해준 후 이름을 적고 각각의 입출력 옆 ( ) 속

넣어줄 입출력들을 적어준다.

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첫번째 adder에서 나오는 carry out이

다음 adder의 carry in 으로 들어가고

마지막 carry out은 출력의 carry out 인것에 주의해야 한다.

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쿼터스에서 compile을 돌리고 RTL을 확인해보자

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생긴건 복잡하게 생겼지만

저 빨간선처럼 각각의 1-bit adder로 들어가면서 합계가 나오는 걸 알 수 있다.

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