计算机存储的数都是以二进制数来存储的，二进制的除法和我们平常用到十进制除法是一样的。辗转相除法。
计算如上图，从最高位开始计算，如果大于除法，商为1。然后算下一位。知道算到最后一位，最后剩的结果为余数。
原理是很简单的，但是实现起来，还是有点麻烦的。下面就编写代码来实现硬件的除法。
这里输入的除数和被除数都是8位的数。简单考虑，都是无符号数。即不考虑数据正负。输出的商和余数也都是8位表示。
从以上的图片计算，我们可看出，计算是首先将除数和被除数的最高的三位，比较，如果小于，则对应计算出来的商为1，然后被除数要减去除数，否则为0。然后再将除数和被除数的后面三位在比较，依次与被除数的最后3位比较完，输出最后的结果。
而这里，我们采用的方法是，将被除数，扩展成16位的数据，低8位为被除数的值，高八位的值全为0。有开始信号，对16位数据data赋值，然后开始运算。比较data的高八位和除数的值，如果大于0，说明被除数大，将此时商置1，赋值给data的最低位，然后将被除数减去除数。然后将data向左移位一位，继续比较。最终计算8次后。Data的高8位数据就为所求的余数，低八位就为所求的商。
下面举个例子说明：
初始：输入被除数的值为78，输入除数的值为34
计算完后，输出的商就为2(00000010)，余数为10。计算正确。
代码如下，所示：
`timescale 1ns / 1ps
module pison
#(
parameter W = 16, //扩展的位数
parameter N = 8 //输入的除数和被除数的位数
)
(
input clk,
input rst_n,
input [N-1:0] pidend,
input [N-1:0] pisor,
input start,
output wire [N-1:0] quotient,
output wire [N-1:0] remainder,
output reg ready,
output reg busy,
output reg finish
);
parameter idle = 3'b000;
parameter start_p = 3'b001;
parameter shift = 3'b010;
parameter done = 3'b110;
reg[2:0] state;
reg[2:0] state_next;
reg[W-1:0] data;
reg[W-1:0] data_next;
reg[N-1:0] n_reg; //存储计算的次数
reg[N-1:0] n_next;
always@(posedge clk) begin
if(!rst_n)
begin
state <= idle;
data_next <= 0;
n_reg <= 0;
end
else
begin
state <= state_next;
data <= data_next;
n_reg <= n_next;
end
end
always@* begin
state_next = state ;
data_next=data;
n_next = n_reg;
ready = 1;
busy = 0;
finish = 0;
case(state)
idle:
begin
data = 0;
if( start == 1 && busy !=0 ) //只有在空闲状态，开始信号才有效。
begin
state_next = shift;
data_next = {{W-N{1'b0}},pidend};
n_next = N;
end
end
shift:
begin
data_next = {data[W-2:0],1'b0};
busy = 1;
ready = 0;
n_next = n_reg - 1'b1;
if(data_next[W-1:N] >= pisor)
begin
data_next[0] = 1;
data_next[W-1:N] = data_next[W-1:N] - pisor;
end
if(n_reg==1)
state_next = done;
end
done:
begin
finish = 1;
state_next = idle;
end
endcase
end
assign quotient = finish ? data[N-1:0] : quotient;
assign remainder = finish ? data[W-1:N] : remainder;
endmodule
代码，比较简单，只要知道了原理，代码是很好编写的。主要是要理解将被除数扩展为16位。然后再计算。
编写测试代码，测试：
reg[5:0] i;
always #1 clk = ~clk;
initial begin
// Initialize Inputs
clk = 0;
rst_n = 0;
pidend = 12;
pisor = 123;
start = 0;
// Wait 100 ns for global reset to finish
#100 rst_n = 1;
start = 1;
for(i=0;i<=32;i=i+1)
begin
pidend = {$random}%256 ;
pisor = {$random}%256;
start = 1;
@(finish);
end
// Add stimulus here
end
仿真图如下所示。
从仿真图中，可看出，输出结果在，在8个时钟周期后，输出最终的计算结果。
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