归并排序verilog并同时输出排名

归并排序是一种常见的排序算法，可以在Verilog中实现。下面是一个简单的Verilog代码示例，它可以对一个输入数组进行归并排序，并同时输出每个元素的排名。

module merge_sort(
    input [N-1:0] arr,
    output [N-1:0] sorted_arr,
    output [N-1:0] rank
);

parameter N = 8;
reg [N-1:0] temp_arr[N/2][2];
reg [N-1:0] temp_rank[N/2][2];
reg [N-1:0] temp_sorted[N/2][2];

// Merge two sorted subarrays
task merge;
    input [N-1:0] arr1, arr2;
    input [N-1:0] rank1, rank2;
    output [N-1:0] sorted;
    output [N-1:0] new_rank;
    reg [N-1:0] tmp_sorted;
    reg [N-1:0] tmp_rank;
    integer i, j, k;

    i = 0;
    j = 0;
    k = 0;

    while ((i < N/2) && (j < N/2)) begin
        if (arr1[i] < arr2[j]) begin
            tmp_sorted[k] = arr1[i];
            tmp_rank[k] = rank1[i];
            i = i + 1;
        end else begin
            tmp_sorted[k] = arr2[j];
            tmp_rank[k] = rank2[j];
            j = j + 1;
        end
        k = k + 1;
    end

    while (i < N/2) begin
        tmp_sorted[k] = arr1[i];
        tmp_rank[k] = rank1[i];
        i = i + 1;
        k = k + 1;
    end

    while (j < N/2) begin
        tmp_sorted[k] = arr2[j];
        tmp_rank[k] = rank2[j];
        j = j + 1;
        k = k + 1;
    end

    sorted = tmp_sorted;
    new_rank = tmp_rank;
endtask

// Recursive function to perform merge sort
function void merge_sort_helper;
    input [N-1:0] arr;
    input [N-1:0] rank;
    output [N-1:0] sorted;
    output [N-1:0] new_rank;
    integer i;

    if (N == 1) begin
        sorted = arr;
        new_rank = rank;
    end else begin
        merge_sort_helper(arr[0:N/2-1], rank[0:N/2-1], temp_sorted[0][0], temp_rank[0][0]);
        merge_sort_helper(arr[N/2:N-1], rank[N/2:N-1], temp_sorted[0][1], temp_rank[0][1]);
        merge(temp_sorted[0][0], temp_sorted[0][1], temp_rank[0][0], temp_rank[0][1], sorted, new_rank);
    end
endfunction

// Main module
integer i;

initial begin
    for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin
        temp_arr[i][0] = arr[i];
        temp_rank[i][0] = i;
    end
    merge_sort_helper(temp_arr[0][0], temp_rank[0][0], temp_sorted[0][0], temp_rank[0][0]);
    for (i = 0; i < N; i = i + 1) begin
        sorted_arr[i] = temp_sorted[0][0][i];
        rank[i] = temp_rank[0][0][i];
    end
end

endmodule

在这个示例中，我们定义了一个名为merge_sort的模块，它有三个输入和两个输出。输入数组arr包含要排序的元素，sorted_arr是排序后的数组，rank是每个元素的排名。我们还定义了参数N，它指定了输入数组的大小。

我们使用了一个名为merge的任务来合并两个已排序的子数组。我们还定义了一个名为merge_sort_helper的递归函数来执行归并排序。

在模块的initial块中，我们将输入数组分成两个子数组，并对每个子数组调用merge_sort_helper函数。然后，我们将排序后的数组和每个元素的排名复制到输出端口。

请注意，这只是一个简单的Verilog示例，可能需要进行修改才能适合您的应用程序。