數字IC手撕代碼--小米科技（除法器設計）

前言：

本專欄旨在記錄高頻筆面試手撕代碼題，以備數字前端秋招，本專欄所有文章提供原理分析、代碼及波形，所有代碼均經過本人驗證。

目錄如下：

1.數字IC手撕代碼-分頻器（任意偶數分頻）

2.數字IC手撕代碼-分頻器（任意奇數分頻）

3.數字IC手撕代碼-分頻器（任意小數分頻）

4.數字IC手撕代碼-異步複位同步釋放

5.數字IC手撕代碼-邊沿檢測（上升沿、下降沿、雙邊沿）

6.數字IC手撕代碼-序列檢測（狀态機寫法）

7.數字IC手撕代碼-序列檢測（移位寄存器寫法）

8.數字IC手撕代碼-半加器、全加器

9.數字IC手撕代碼-串轉并、并轉串

10.數字IC手撕代碼-資料位寬轉換器（寬-窄，窄-寬轉換）

11.數字IC手撕代碼-有限狀态機FSM-飲料機

12.數字IC手撕代碼-握手信号（READY-VALID）

13.數字IC手撕代碼-流水握手（利用握手解決流水線斷流、反壓問題）

14.數字IC手撕代碼-泰淩微筆試真題

15.數字IC手撕代碼-平頭哥技術終面手撕真題

16.數字IC手撕代碼-兆易創新筆試真題

17.數字IC手撕代碼-樂鑫科技筆試真題（4倍頻）

18.數字IC手撕代碼-雙端口RAM（dual-port-RAM）

...持續更新

更多手撕代碼題可以前往 數字IC手撕代碼--題庫。

題目描述

除法器的Verilog RTL實作。16bitA，8bitB。C=A/B

解決思路

在硬體中都是二進制數，二進制除法和十進制除法類似，都是一個移位并比較大小的過程。

計算步驟：

① 将被除數高位資料與除數作比較，如果前者>=後者，則可得到對應位的商為1，兩者做差得到第一步的餘數；否則得到對應的商為0，将前者直接作為餘數。

② 将上一步中的餘數與被除數剩餘最高位1bit資料拼接成新的資料，然後再和除數做比較，可以得到新的商和餘數。

③ 重複過程②，直到被除數最低位資料也參與計算。

舉個例子375/23 = 16'b0000_0001_0111_0111 / 8'b0001_0111

1. 取被除數的第1位，與除數相比，8'b0000_0000<8'b0001_0111，商為0，前者作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商為0，前者繼續作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商為0，前者繼續作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商為0，前者繼續作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商為0，前者繼續作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商為0，前者繼續作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0000_0000< 8'b0001_0111,商為0，前者繼續作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0000_0001< 8'b0001_0111,商為0，前者繼續作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0000_0010< 8'b0001_0111,商為0，前者繼續作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0000_0101< 8'b0001_0111,商為0，前者繼續作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0000_1011< 8'b0001_0111,商為0，前者繼續作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0001_0111<=8'b0001_0111,商為1，兩者之差作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0000_0000<8'b0001_0111,商為0，前者作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0000_0001<8'b0001_0111,商為0，前者繼續作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0000_0011<8'b0001_0111,商為0，前者繼續作為餘數。

1. 再取右移一位的數繼續比較，8'b0000_0111<8'b0001_0111,商為0，前者繼續作為餘數，已經比到最後一位，輸出結果：商為1<<4=16，餘數為：8'b0000_0111=7。

1. 故計算得到375/23=16......7。

代碼

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  ;  # 其實這裡取16+8+1bit就夠了，取32位是為了好看。
    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
           

波形圖

算式1：375/23=16......7

算式2：557/57=9 ......44

結果與我們考慮的一緻。