快速入门数字芯片设计，UCSD ECE111（七）enum枚举类型&优化SHA256哈希算法（一）

这篇文章带来ECE111第七节课的Slides以及自己的一些补充。

该课程的网站如下：

https://link.zhihu.com/?target=http%3A//cwcserv.ucsd.edu/~billlin/classes/ECE111/index.php

书接上回，继续讨论之前的Project3：

在讨论之前首先比较了enum和parameter两个关键字

enum有两种方式：

• 第一种为特定编码，如图中指定了IDLE,STEP1,STEP2,STEP3 各自的取值
• 还有一种方式为默认编码，在没有指定的情况下，则默认内部的值是逐一增加的。同时这些值的比特宽度和外部的state信号是一致的

对于parameter关键字，则是以常数的方式进行对待的，并且不会等到编译阶段才进行处理，在预处理阶段就会进行相应的替换。enum各自的label是唯一的（value唯一），同时对于相应的比特不能够进行逻辑操作。这里我们只需要掌握enum运用在状态机各状态声明。我们为什么要用enum呢？主要有以下几点：

• enum相比于parameter更加安全，因为我们在对state赋值的时候，只能对其分配我们定义的标签值，不会导致赋意料之外的状态值。
• 标签值和信号名一定是同样的大小，如果不一样，在编译阶段就会报错，而paremter并不会报错，大概率只会报warning!(甚至warning都没有）
• 只允许由label或者其他相同类型的enum变量赋值，其他类型的赋值都是非法的。

具体的大家可以看下面这两张图，enum用在状态变量中好处多多，大家要熟练掌握。

接下来回归正题，讨论SHA256算法的优化。忘掉了SHA256是什么的请回顾上节课的内容。

我们的运算实际上是针对A~H这8个32位寄存器，持续的做运算，运算到最后一轮，这8个寄存器代表的就是256bit的哈希值。 假定�� 以及 �� 在进行轮运算之前已经都有了，则我们可以重点关注轮运算的步骤，如上图所示。

基于这个想法，我们可以写出相关的代码如图所示，通过多轮的运算（对于一个Block而言，我们需要在COMPUTE状态下持续计算A~H寄存器的值，一共64轮）。上面这段代码可以用吗？大家思考一下。

从逻辑的角度来说（或者是软件的角度来说），当然是可以的。大家做仿真也没有任何问题，结果肯定是对的。但是这样时钟频率一定是很低的。时刻要牢记我们设计的是硬件电路，写代码只是去描述硬件的行为，上面这样的一次运算我们要求它在一个时钟周期以内要算完，以满足建立时间。（因为下一个时钟周期要用到上一个时钟周期的结果做新一轮的运算），但是这段运算显然要算很久，因此时钟周期也需要很长才可以满足建立时间，这样频率一定很低。所以要针对这段代码进行优化。