一般來講，如果要實現移位寄存器的話，通常都是寫RTL用reg來構造，比如1bit變量移位一個時鐘周期就用1個reg，也就是一個寄存器FF資源，而移位16個時鐘周期就需要16個FF，這種方法無疑非常浪費資源。

Xilinx FPGA的SLICEM中的一個查找表LUT可以配置為最多移位32個時鐘周期的移位寄存器，這比直接用FF來搭省了31個FF資源。

這種方法可以通過調用原語SRL16E（最多16個周期）和SRLC32E（最多32個周期）來實現。

   SRL16E #(
      .INIT(16'h0000),        // Initial contents of shift register
      .IS_CLK_INVERTED(1'b0)  // Optional inversion for CLK
   )
   SRL16E_inst (
      .Q(Q),     // 1-bit output: SRL Data
      .CE(CE),   // 1-bit input: Clock enable
      .CLK(CLK), // 1-bit input: Clock
      .D(D),     // 1-bit input: SRL Data
      // Depth Selection inputs: A0-A3 select SRL depth
      .A0(A0),
      .A1(A1),
      .A2(A2),
      .A3(A3) 
   );

   // End of SRL16E_inst instantiation

// SRLC32E: 32-bit variable length cascadable shift register LUT (Mapped to a SliceM LUT6)
// with clock enable
 
SRLC32E #(
.INIT(32'h00000000) // Initial Value of Shift Register
) SRLC32E_inst (
    .Q(Q), // SRL data output
.Q31(Q31), // SRL cascade output pin
.A(A), // 5-bit shift depth select input
.CE(CE), // Clock enable input
.CLK(CLK), // Clock input
.D(D) // SRL data input
);
 
// End of SRLC32E_inst instantiation

如果需要實現更多時鐘周期的移位寄存器，則可以使用多個SRLC32E或者SRL16E來級聯實現。

IP核的定制

除了用原語實現外，還可以調用RAM-Based Shift Register這個IP核來實現。IP核實現方法使用不如原語方便，但是其對實現方式做了一些優化，具有比原語更好的時序性能。

第一頁內容

Shift Register Type：fixed length為固定長度；variable length lossless為可變長度

optimization：只有選擇可變長度時才可選，可以選擇優化面積還是優化時序。如果優化時序，則可能會多幾個延遲latency。

clocking options：Register last bit只有選擇可變長度時才可選，會把輸出寄存一拍以改善時序，同時增加一個時鐘的延遲。clock enable（CE）時鐘使能功能。

dimensions：width移位寄存器寬度，depth移位寄存器深度。

latency information：延遲信息，根據各個選項的不同，輸出延遲可能會增加1~3個時鐘周期。

第二頁內容

initialization options：初始化選項，選擇初始化的進制radix和默認值default data。

COE file：初始化的值還可以選擇從COE文件來載入。

第三頁

power-on reset settings：上電復位設置選項，選擇上電復位的進制radix和初始值init data。

synchronous settings：同步設置，可以設置同步復位SCLR和同步置位SSET，二者的優先級可選，默認復位優先級高于置位，如果選擇置位優先級更高，則會消耗多余的資源。復位/置位與初始化SINT二者之間互斥。這三個選項一般都沒必要用。

synchronous controls(sync) and clock enable(CE) priority：選擇同步控制信號和CE信號的優先級。默認同步控制信號的優先級高于CE，反之則會消耗多余的資源。

IP核的仿真使用

定制一個深度為64，位寬為16的IP核，然后編寫RTL代碼：

//固定的深度64個時鐘周期，位寬16的移位寄存器IP核設計
module shift_w16_d64(
inputclk,//時鐘信號
input[15:0]in,//移位前的輸入數據，位寬為16
inputce,//時鐘使能信號
output[15:0]out//移位后的輸出，位寬為16
);

//移位寄存器IP；固定移位64個時鐘周期，位寬16
c_shift_ram_1 your_instance_name (
  .D(in),//移位前的輸入數據，位寬為16
  .CLK(clk),//時鐘信號
  .CE(ce),//時鐘使能信號
  .Q(out)//移位后的輸出，位寬為16
);

endmodule

綜合后的資源使用情況：32個LUT + 32個FF。

看下綜合后的電路圖：

因為1個SRLC32E可以實現32個周期的移位，所以16×64的移位操作實際上只需要32個SRLC32E就可以實現了，為了改善時序性能，IP核在輸入端口和輸出端口一共用了2×16 = 32個FF來打拍寄存。

接下來編寫TB：時鐘使能信號一直拉高，輸入數據從1開始累加。

`timescale 1ns/1ns
module tb_shift_w16_d64();

//信號聲明
regclk;
regrst;
reg[15:0]in;
regce;
wire[15:0]out;

//被測模塊實例化
shift_w16_d64inst_shift_w16_d64(
.clk(clk),
.in(in),
.ce(ce),
.out(out)
);

//生成時鐘信號
initial begin
    clk= 1'b0;
forever #5 clk = ~clk;
end

//生成復位信號
initial begin
rst = 1'b1;//復位
    #45 rst = 1'b0; //取消復位
end 

//生成輸入數據與時鐘使能信號
always @(posedge clk or posedge rst)begin
if(rst)begin
in <= 16'd0;
ce <= 1'b0;
end
else begin 
in <= in + 1'b1;//輸入數據累加1
ce <= 1'b1;//時鐘使能信號一直拉高
end
end

//仿真過程
initial begin
#1000 $stop;//關閉仿真
end

endmodule

仿真結果如下：

原文鏈接：

https://gitcode.csdn.net/65e6e9d51a836825ed787cef.html