Decoder, One-hot-Auswahl und gültige Eingaben

Eine Adresse in Auswahlleitungen umwandeln

Ein $N$-Bit-Decoder^{iDecoder Aktiviert die einem Binärcode zugeordnete Ausgangsleitung. Mit enable können im deaktivierten Zustand alle Ausgänge 0 sein.} wandelt eine Adresse in die Auswahl eines von bis zu $2^N$ Ausgängen um. Mit Freigabe $e$ ist Ausgang $d_i$ beispielsweise so definiert:

Für einen 2-zu-4-Decoder gilt $d_0=e\overline a_1\overline a_0$, $d_1=e\overline a_1a_0$, $d_2=ea_1\overline a_0$, $d_3=ea_1a_0$. Bei enable=0 sind alle Ausgänge 0; bei enable=1 ist genau einer 1.

Ändern Sie bei enable=1 die Adresse a1a0: Nur eine Leitung d0 bis d3 wird aktiv. Prüfen Sie auch, dass enable=0 alle Auswahlleitungen abschaltet.

Standardwerte vervollständigen die Funktion

module decoder2 (
  input logic en,
  input logic [1:0] addr,
  output logic [3:0] select
);
  always_comb begin
    select = 4'b0000;
    if (en) begin
      case (addr)
        2'd0: select = 4'b0001;
        2'd1: select = 4'b0010;
        2'd2: select = 4'b0100;
        2'd3: select = 4'b1000;
        default: select = 4'b0000;
      endcase
    end
  end
endmodule

Die erste Standardzuweisung deckt alle Ausführungspfade ab und verhindert das Speichern eines alten Ausgangswerts. Allein die Bezeichnung always_comb macht unvollständig definierte Zweige nicht zu einer korrekten Schaltung.

Wenn die Ausgangszahl keine Zweierpotenz ist

Zehn Geräte benötigen eine 4-Bit-Adresse, doch 10 bis 15 sind ungültig. Dafür ist eine Regel festzulegen, etwa alle Ausgänge 0 und ein Fehlerflag 1. Unbenutzte Codes erlauben nicht automatisch beliebige Ausgänge.

Prüfen Sie neben der Zuordnung auch: Sind nie mehrere Auswahlleitungen gleichzeitig aktiv? Sind bei disable alle aus? Solche Invarianten^{iInvariante Bedingung, die bei jeder zulässigen Ausführung stets wahr bleiben muss. Eine FIFO mit Tiefe vier enthält etwa immer zwischen null und vier Elemente. Mehr erfahren} sind besonders für Speicher-Schreibfreigaben und Busauswahl wichtig. Größere Decoder erhöhen Fan-out und Leitungslast der Adresssignale; dann kommt hierarchische Decodierung in Betracht.