用Verilog实现二维细胞自动机——康威生命游戏（Conway's Game of Life）

在一个二维的棋盘上，每个格子有存活（1）和死亡（0）两种状态。在每个时间周期，每个格子会根据他的8个邻居来决定自己下一个周期的状态：

0-1个邻居：人口稀少，死亡（0）；
2个邻居：保持原状态；
3个邻居：繁衍（1）；
4+个邻居：人口过多，死亡（0）；

这个游戏原来是设计在一个无限的网格里，但是在这个电路中，我们设计为16*16的网格，为了让这次练习更有趣，我们把网格边界拓扑环绕到对立的另一边。举个例子，（0,0）的8个邻居分别是(15,1), (15,0), (15,15), (0,1), (0,15), (1,1), (1,0), 和 (1,15).

我们把16*16的网格设置为一个256位的向量，每一行表示为q[15:0]、q[31:16]等等。

load：加载数据到q中作为初始状态。
q：16*16网格的当前状态，在每个时钟周期更新。

设计要点：

需要两个棋盘，一个存储现态，另一存储次态。
不能立即更新，需要现态中每个格子的8个邻居，不能将次态立即赋值给每个格子的现态。

设计思路：通过for循环语句遍历每一个格子，计算出每个格子的邻居数量，然后得到下一状态q_next。在每个边界应该分情况考虑，四个角和四个边的格子都有特殊的8个邻居。在遍历完256个格子之后将q_next的值赋给q，我们注意到在always过程块中，我们一律使用了阻塞赋值，因为不需要产生触发器，我们要在计算后立即赋值，才能做到没有一个周期的延迟。在Verilog中关系运算符不能这样使用：0<i<15,而应该0<i & i<15.

module top_module(input clk,input load,input [255:0] data,output [255:0] q ); reg [255:0] q_next;reg [3:0]sum;always@(posedge clk)if(load)q <= data;else beginfor(int i = 0;i < 256;i++) begin if(i==0)//左上角sum = q[1]+q[16]+q[17]+q[240]+q[241]+q[15]+q[31]+q[255];else if(i==15)//右上角sum = q[14]+q[16]+q[0]+q[240]+q[254]+q[30]+q[31]+q[255];else if(i==240)//左下角sum = q[0]+q[15]+q[239]+q[241]+q[1]+q[224]+q[225]+q[255];else if(i==255)//右下角sum = q[0]+q[15]+q[14]+q[224]+q[238]+q[240]+q[239]+q[254];else if(0<i & i<15)//上边界sum = q[i-1]+q[i+1]+q[i+15]+q[i+16]+q[i+17]+q[i+239]+q[i+240]+q[i+241];else if(i%16==0)//左边界sum = q[i-1]+q[i+1]+q[i+15]+q[i+16]+q[i+17]+q[i-16]+q[i-15]+q[i+31];else if(i%16==15)//右边界sum = q[i-1]+q[i+1]+q[i+15]+q[i+16]+q[i-17]+q[i-16]+q[i-15]+q[i-31];else if(240<i & i<255)//下边界sum = q[i-1]+q[i+1]+q[i-17]+q[i-16]+q[i-15]+q[i-239]+q[i-240]+q[i-241];else //非边界sum = q[i-1]+q[i+1]+q[i-17]+q[i-16]+q[i-15]+q[i+15]+q[i+16]+q[i+17];case(sum) //根据邻居数量判断次态2:q_next[i]=q[i];3:q_next[i]=1;default:q_next[i]=0;endcaseendq = q_next;endendmodule

上述程序较为繁琐，希望能够找到一个简单的方法，下面是有关的两个网站：

在线模拟康威生命游戏https://bitstorm.org/gameoflife/

https://rosettacode.org/wiki/Conway%27s_Game_of_Life#SystemVerilog

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