Verilog基本文法（後編）

1. 論理値と定数表現

ソフトウェアと違って、ハードウェアの信号には「不定値(X)」と「ハイインピーダンス(Z)」があるんだ🐾
この4つの状態と、ちょっと変わった「数字の書き方」を覚えよう！

VerilogHDLで扱える論理値は以下の4値のみです。

定数の書式

定数は <ビット幅>'<基数><数値> の形式で表現します。

4'b1010      // 4ビット2進数: 1010
8'hFF        // 8ビット16進数: 255
8'b1111_1111 // アンダースコアで区切り可（読みやすく）
8'hxx        // 不定値
1'bz         // 1ビットハイインピーダンス
255          // ビット幅指定なし→32ビット10進数

2. 演算子一覧

3. 算術演算

assign SUM  = A + B;   // 8ビット加算
assign DIFF = A - B;   // 減算
assign PROD = A * B;   // 乗算

4. ビット演算

対応するビット同士で演算します。演算結果のビット幅は入力と同じです。

assign AND_out = A & B;   // ビットAND（bit0同士、bit1同士…と演算）
assign OR_out  = A | B;   // ビットOR
assign NOT_out = ~A;      // ビットNOT（反転）
assign XOR_out = A ^ B;   // ビットXOR（排他的論理和）
assign XNOR_out= A ~^ B;  // ビットXNOR

5. リダクション演算

複数ビット信号の全ビットに演算を作用させ、1ビットの結果を得る演算です。演算子を信号の前に置きます。

reg [7:0] cnt;
wire all_one = &cnt;   // cntの全ビットがAND → 全部1のとき1
wire any_one = |cnt;   // cntの全ビットがOR  → 1つでも1なら1
wire parity  = ^cnt;   // cntの全ビットがXOR → パリティビット生成

6. 等号演算・関係演算

演算結果は常に1ビット（成立=1、不成立=0）です。

7. 論理演算

複数の条件判別を組み合わせる演算です。演算対象を1ビットの値として扱い、結果も1ビットです。主にif文などの条件判別に使います。

// 例：AがFFhでかつBが0でない場合に処理を実行
if ((A == 8'hFF) && (B != 8'h00)) begin
    // 両方の条件が成立したときに実行
end else begin
    // いずれか不成立のとき
end

8. シフト演算

assign Q = A << SFT;  // Aを SFT ビット分だけ左シフト
assign R = A >> SFT;  // Aを SFT ビット分だけ右シフト

9. 条件演算（? :）

1行で2方向分岐を記述できる演算です。式1 ? 式2 : 式3 の形式で、式1が成立なら式2を、不成立なら式3を選びます。

// sel=1ならd1、0ならd0を選ぶ
assign dout = sel ? d1 : d0;

reg dout;
always @(*) begin
  if (sel) dout = d1;
  else     dout = d0;
end

10. 連接演算（{}）

複数の信号を {} で囲んで結合し、複数ビットの信号を作る演算です。左側が上位ビットになります。

// 右辺での使用：2つの8ビット信号を連接して16ビットに
wire [15:0] addr_bus = {addr_hi, addr_lo}; // 上位8bit=addr_hi, 下位8bit=addr_lo

// 左辺での使用：16ビットの演算結果を2つの8ビット信号に分配
{addr_hi, addr_lo} = addr_bus + 1;

// 繰り返し連接：enable信号を8回繰り返して8ビット信号を生成
wire [7:0] dout = din & {8{enable}};  // dinの全ビットにenableをAND

11. ビット演算 vs 論理演算

wire [7:0] A = 8'hAA; // 1010_1010
wire [7:0] B = 8'h0F; // 0000_1111

wire [7:0] bit_and = A & B;   // ビット演算 → 8'h0A (0000_1010)
wire       log_and = A && B;  // 論理演算 → 1'b1 (AもBも0でないため)

「&」と「&&」の使い間違いは、コンパイルエラーにならないからバグ探しが大変なんだ🐾
条件分岐(if)には『2つ重ねる(&&)』ってルールにしておくと安全だよ！

12. 演算の優先順位

優先順位の例

// 例1：* は + より優先
assign Y = A * B + C;    // (A*B) + C として演算
assign Y = A * (B + C);  // +を優先させたければ括弧で囲む

// 例2：+ は << より優先
assign Y = A << B + C;   // A << (B+C) として演算 ← 意図と異なる可能性
assign Y = (A << B) + C; // <<を優先させたければ括弧で囲む

// 例3：同優先度は左から
assign Y = a ^ b & c;   // (a^b) & c （左側が優先）
assign Y = a ^ (b & c); // &を優先させたければ括弧で囲む

13. 演算の注意事項