rule90（一维元胞自动机）

Rule_90是一个具有有趣属性的一维元胞自动机。

规则很简单。有一个一维单元格数组（开或关）。在每个时间步长，每个像元的下一个状态是像元的两个当前邻居的异或。下表是更详细地表达此规则的方式，其中单元格的下一个状态是其自身及其两个相邻节点的函数：

Left	Center	Right	Center’s next state
1	1	1	0
1	1	0	1
1	0	1	0
1	0	0	1
0	1	1	1
0	1	0	0
0	0	1	1
0	0	0	0

在此电路中，创建一个 512 cell 系统 （q[511：0]），每个时钟周期按一个时间步长前进。负载输入指示系统的状态应加载数据[511：0]。假设边界（q[-1]和q[512]）均为零（关闭）。

Module Declaration

module top_module(input clk,input load,input [511:0] data,output [511:0] q )

对于 q[511：0] = 1 的初始状态，前几次迭代为：

       1101011000101001000101010101
10000000

答案：

module top_module(input clk,input load,input [511:0] data,output [511:0] q ); wire [513:0] q_w = {1'b0,q,1'b0};int i;always @(posedge clk ) beginif(load=='d1)beginq <= data;endelse beginfor (i = 0; i < 512; i=i+1) beginq[i] <= q_w[i] ^ q_w [i+2];endendend
endmodule

rule110（一维元胞自动机）

Rule_110 是一个具有有趣属性的一维元胞自动机。

有一个一维单元格数组（开或关）。在每个时间步长中，每个单元格的状态都会发生变化。在规则 110 中，每个单元格的下一个状态仅取决于其自身及其两个相邻单元，如下表所示：

Left	Center	Right	Center’s next state
1	1	1	0
1	1	0	1
1	0	1	1
1	0	0	0
0	1	1	1
0	1	0	1
0	0	1	1
0	0	0	0

思路

该题相比rule 90，没有告诉中间的变化条件，根据已知条件观察可知（没有进行卡诺图化简），当Left为1是，中间值的下一状态为Center和Right的异或结果；当Left为0时，中间值的下一状态为Center和Right的或结果，由此可编写逻辑代码得到结果。

Module Declaration

module top_module(input clk,input load,input [511:0] data,output [511:0] q
); 

答案：

module top_module(input clk,input load,input [511:0] data,output [511:0] q
); 
wire [513:0] q_w = {1'b0,q,1'b0};int i;always @(posedge clk ) beginif(load=='d1)beginq <= data;endelse beginfor (i = 0; i < 512; i=i+1) beginif(q_w [i+2] == 1)q[i] <= q_w[i] ^ q_w [i+1];else if(q_w [i+2] == 0)q[i] <= q_w[i] | q_w [i+1];endendend
endmodule

Conwaylife

康威的生命游戏是一个二维的细胞自动机。

“游戏”在二维单元格网格上进行，其中每个单元格为 1（活动）或 0（死亡）。在每个时间步长中，每个像元都会根据其相邻单元的数量更改状态：

邻居的数值为0-1或者4个以上时：单元格变为 0。
邻居的数值为2个时：单元格状态不变。
邻居的数值为3个时：单元格变为 1。

游戏是为无限网格而制定的。在此电路中，我们将使用 16x16 网格。为了使事情更有趣，我们将使用一个 16x16 环形线圈，其中两侧环绕到网格的另一侧。例如，角单元格 （0，0） 有 8 个邻居：（15，1）、（15，0）、（15，15）、（0，1）、（0，15）、（1，1）、（1，0） 和 （1，15）。16x16 网格由长度为 256 的向量表示，其中每行 16 个单元格由一个子向量表示：q[15：0] 是第 0 行，q[31：16] 是第 1 行，依此类推（此工具接受 SystemVerilog，因此如果您愿意，可以使用 2D 向量。

load：在下一个时钟边沿将数据加载到q中，用于加载初始状态。

q：游戏的 16x16 当前状态，每个时钟周期更新一次。

思路

主要需要根据当前坐标值计算出相应的邻居的坐标值，然后计算出邻居的数值进行比较输出更新q值。

Module Declaration

module top_module(input clk,input load,input [255:0] data,output [255:0] q ); 

答案：

module top_module(input clk,input load,input [255:0] data,output [255:0] q ); /*  UL U  UR L  X  RDL D  DR*/ int index_q_u  ;int index_q_d  ; int index_q_l  ; int index_q_r  ; wire [2:0] neighbours_num[255:0];int i,j;always @(*) beginfor(i = 0 ; i < 16 ; i = i + 1) beginfor(j = 0 ; j < 16 ; j = j + 1) beginindex_q_u = (i == 0) ? 15 :i-1; //up index_q_d = (i == 15) ? 0 :i+1; //downindex_q_l = (j == 0) ? 15 :j-1; //leftindex_q_r = (j == 15) ? 0 :j+1; //rightneighbours_num[i*16+j] = q[index_q_u*16+index_q_l] + q[index_q_u*16+j] + q[index_q_u*16+index_q_r]+ q[i*16+index_q_l]                             + q[i*16+index_q_r]+ q[index_q_d*16+index_q_l] + q[index_q_d*16+j] + q[index_q_d*16+index_q_r];endendendalways @(posedge clk ) beginif(load=='d1)beginq <= data;endelse beginfor (i = 0; i < 256; i=i+1) beginif(neighbours_num[i]=='d3)beginq[i]<=1;endelse if(neighbours_num[i]=='d2)beginq[i]<=q[i];endelse beginq[i]<=0;endendendend
endmodule

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