Генерация случайного целого числа в VHDL - PullRequest
Новая
       8

Генерация случайного целого числа в VHDL

0 голосов
/ 17 ноября 2018

Мне нужно сгенерировать случайное целое число от 0 до 1023 в VHDL, однако я не смог найти хороший ресурс для этого в Интернете.Кто-нибудь может мне помочь, пожалуйста?

Ответы [ 2 ]

0 голосов
/ 18 ноября 2018

В комментарии я написал «искать генератор случайных чисел LFSR», но есть некоторые подводные камни, использующие те, которые могут быть не сразу очевидны.

  • Они не могут генерировать нулевое значение.
  • Они не могут производить одно и то же число дважды.
  • Каждое число появляется только один раз за 2 ^ n циклов.
  • Числа сильно «связаны» в два раза.

Я написал и протестировал 16-битный генератор, пытаясь обойти некоторые из проблем, описанных выше. Но, пожалуйста, помните, что результатом всегда будет псевдо случайное число, поэтому не ожидайте истинной случайности.

Я использовал Verilog, потому что я пишу это примерно в пять раз быстрее, чем VHDL, но перевод должен быть тривиальным для программиста VHDL. 

//
// 16-bit Pseudo random number generator
// Using Linear Feedback Shift Register
//
// No copyright : Freeware, 18 Nov. 2018 
//
//

// The LFSR polynomial is taken from a (by now almost famous)
// application note from Xilinx.
// Those polynomials are selected for using minimal logic
// not for getting good 'randomness'.
// Using an LFSR alone is not good:
// - They can not generate the value zero.
// - They can not produce the same number twice.
// - Every number appears only once in 2^n cycles.
// - The numbers are highly 'related' by a factor two.
//  e.g. an 8-bit LFSR would take steps:
//  1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 33, 66, 132, 41, 82 
//  
//  Therefore I use only 16 of 32 bits and re-order
//  the selected bits. Even then it may take a while before,
//  (what our feelings say!) a more random sequence of number
//  appears. 
//  
// 
// Other LFSRs polynomials (From Xilinx app. note) 
//  32 =  32,31,30,10,0 (used here)
//  40 =  40,21,19,2,0
//  48 =  48,28,27,1,0
//  56 =  56,22,21,1,0
//  64 =  64, 4, 3,1,0
//  72 =  72,53,47,6,0
//  80 =  80,38,35,3,0
//  88 =  88,72,71,1,0
//  96 =  96,49,47,2,0
// 112 = 112,45,43,2,0
// 128 = 128,29,27,2,0
// 
// 
// Know deficiencies:
// -  Using a seed of zero will only produce zeros. 
//    This module does not check that!
// -  Always running. Might add a 'next' number 
//    input for power savings.
// 

module prng16
// Do NOT change these parameters unless you know what you are doing
#(parameter poly    = 32'hC0000400, // max length 32, bit LFSR bits 31,30,10 are set
            degree  = 32
 )
( 
  input   reset_n,
  input   clk,
  input   set,
  input   [degree-1:0] seed,
  output  [15:0] rnd
);

reg [degree-1:0] lfsr,feedback;

   always @(posedge clk or negedge reset_n)
   begin
      if (!reset_n)
         // Futile attempt to start somewhat random.
         // I know: this value is too big for some values of 
         // degree, but better then too small.
         lfsr <= { {(degree/3){3'b101}},2'b10};
      else
         if (set)
            lfsr <= seed;
         else
            lfsr <= feedback;
   end

integer n;

   always @( * )
   begin
      feedback[0]= lfsr[degree-1];
      for (n=1; n<degree; n=n+1)         
        feedback[n] = poly[n]==1'b0 ? lfsr[n-1] : lfsr[n-1]^lfsr[degree-1];
   end

   // Pick 16 bits (indices randomly chosen)
   assign rnd = { lfsr[27], lfsr[16], lfsr[ 6], lfsr[22], 
                  lfsr[20], lfsr[ 0], lfsr[18], lfsr[26],
                  lfsr[10], lfsr[ 9], lfsr[25], lfsr[19], 
                  lfsr[11], lfsr[ 7], lfsr[28], lfsr[ 8]};

endmodule
0 голосов
/ 17 ноября 2018

Ниже приведен пример генерации целых чисел в диапазоне [0: 1023] с равномерным (четным) распределением.

Обратите внимание, что операция floor должна использоваться после умножения на максимальное значение + 1, в данном случае 1023 + 1 = 1024, чтобы обеспечить равномерное (четное) распределение всех целочисленных значений в [0: 1023], поскольку использование целого числа без основания (таким образом integer(x * 1023)), как в примере «Генерация случайных чисел в тестовом стенде VHDL» из комментария, приведет к округлению до ближайшего (и от половины), таким образом, для вероятностипервое и последнее значения (0 и 1023) в диапазоне. 

entity tb is
end entity;

library ieee;
use ieee.math_real.uniform;
use ieee.math_real.floor;

architecture sim of tb is
begin
  process is
    variable seed1 : positive;
    variable seed2 : positive;
    variable x : real;
    variable y : integer;
  begin
    seed1 := 1;
    seed2 := 1;
    for n in 1 to 10 loop
      uniform(seed1, seed2, x);
      y := integer(floor(x * 1024.0));
      report "Random number in 0 .. 1023: " & integer'image(y);
    end loop;
    wait;
  end process;
end architecture;
...