Rechnen - 2

Öfter mal sucht man nach dem führenden Bit (aka. MSB bzw. LSB).
Hier sind einige Vorgehensweisen, dieses Bit zu finden, und dazu eine Performancebewertung.

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.NUMERIC_STD.ALL;

entity MSB is
    Port ( data : in  STD_LOGIC_VECTOR (31 downto 0);
           msb1 : out  STD_LOGIC_VECTOR (4 downto 0);
           msb2 : out  STD_LOGIC_VECTOR (4 downto 0);
           msb3 : out  STD_LOGIC_VECTOR (4 downto 0);
           msb4 : out  STD_LOGIC_VECTOR (4 downto 0));
end MSB;

architecture Behavioral of MSB is
signal msbint1 : integer range 0 to 31;
signal msbint2 : integer range 0 to 31;
signal msbint3 : integer range 0 to 31;
signal msbint4 : integer range 0 to 31;
begin

-- Beispiel 1
  msbint1 <= 31 when data(31)='1' else
             30 when data(30)='1' else
             29 when data(29)='1' else
             28 when data(28)='1' else
             27 when data(27)='1' else
             26 when data(26)='1' else
             25 when data(25)='1' else
             24 when data(24)='1' else
             23 when data(23)='1' else
             22 when data(22)='1' else
             21 when data(21)='1' else
             20 when data(20)='1' else
             19 when data(19)='1' else
             18 when data(18)='1' else
             17 when data(17)='1' else
             16 when data(16)='1' else
             15 when data(15)='1' else
             14 when data(14)='1' else
             13 when data(13)='1' else
             12 when data(12)='1' else
             11 when data(11)='1' else
             10 when data(10)='1' else
              9 when data( 9)='1' else
              8 when data( 8)='1' else
              7 when data( 7)='1' else
              6 when data( 6)='1' else
              5 when data( 5)='1' else
              4 when data( 4)='1' else
              3 when data( 3)='1' else
              2 when data( 2)='1' else
              1 when data( 1)='1' else
              0;
   msb1 <= std_logic_vector(to_unsigned(msbint1,msb1'length));
   
-- Beispiel 2
   process (data) 
   variable foundbit : std_logic;
   begin
      foundbit := '0';
      msbint2 <= 0;
      for i in 31 downto 0 loop
         if (data(i)='1' and foundbit='0') then 
            msbint2  <= i;
            foundbit := '1';
         end if;
      end loop;
   end process;
   msb2 <= std_logic_vector(to_unsigned(msbint2,msb2'length));

-- Beispiel 3
   process (data) 
   begin
      msbint3 <= 0;
      for i in 31 downto 0 loop
         if (data(i)='1') then 
            msbint3 <= i;
            exit;
         end if;
      end loop;
   end process;
   msb3 <= std_logic_vector(to_unsigned(msbint3,msb3'length));

-- Beispiel 4
   process (data) 
   variable i : integer range 0 to 31;
   begin
      i := 31;
      while (data(i)='0') loop 
         i := i-1;
      end loop;
      msbint4 <= i;
   end process;
   msb4 <= std_logic_vector(to_unsigned(msbint4,msb4'length));
  
end Behavioral;

Hier das Syntheseergebnis:

Das aufwendig beschriebene Beispiel 1 (concurrent) gibt wie das Beispiel 3 (for-Schleife mit exit) die kompakteste Logik ab.

Am schnellsten wird dagegen die while-Scheife im Beispiel 4 umgesetzt.

Das Ergebnis für das Beispiel 2 ist suboptimal, weil die for-Schleife weiter durchlaufen wird, auch wenn eine '1' gefunden wurde.