verilog64位伪随机

### 如何用Verilog实现64位伪随机数生成器

为了实现在FPGA上运行的64位伪随机数生成器，可以采用线性反馈移位寄存器（LFSR）的方法。这种方法不仅简单而且高效，在硬件资源消耗方面表现良好。

#### LFSR的工作原理
LFSR是一种能够产生伪随机序列的有效方法。通过适当选择反馈多项式，可以在有限状态机中循环遍历几乎所有的可能状态组合，从而形成看似随机的行为模式[^1]。

#### 设计要点
对于一个64位的LFSR来说，关键在于选取合适的反馈多项式来决定哪些比特位置参与异或运算以及初始种子的选择。通常情况下，会选用本原多项式以确保最长周期特性。

#### RTL代码设计
以下是基于上述原则编写的用于创建64位PRNG的Verilog模块：

module prng_64bit (
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    output reg [63:0] random_num
);
    
    parameter POLY = 64'h8000000000000000; // 反馈多项式的二进制表示
    
    always @(posedge clk or negedge rst_n) begin : lfsr_process
        if (!rst_n)
            random_num <= 64'b1;
        else
            random_num <= {random_num[62:0], ^random_num & (|POLY)};
    end
endmodule

此段程序定义了一个名为`prng_64bit` 的模块，它接收时钟信号 `clk` 和复位信号 `rst_n`作为输入，并输出当前产生的64位随机数值到`random_num`端口。其中参数`POLY`指定了所使用的特定反馈多项式；而always块内的逻辑则实现了标准的LFSR更新机制[^2]。

#### Testbench 测试代码
编写相应的TestBench可以帮助验证该模块的功能正确性:

module tb_prng();
    reg clk;
    reg rst_n;
    wire [63:0] out;

    initial begin
        $dumpfile("wave.vcd");
        $dumpvars(0, tb_prng);

        clk = 0;
        forever #5 clk = ~clk;
    end 

    initial begin
        rst_n = 0;
        repeat (2) @(posedge clk); 
        rst_n = 1;
        
        // 运行足够长时间以便观察输出变化趋势
        repeat (100) @(posedge clk);
        $finish;
    end 
    
    prng_64bit uut(
        .clk(clk),
        .rst_n(rst_n),
        .random_num(out)
    );
endmodule

这段测试平台脚本初始化了必要的控制信号并启动仿真过程，同时利用VCD文件记录下整个过程中各个节点的状态变迁情况供后续分析使用。