Implementing a Max-Priority Queue in Verilog

I’m working on a homework assignment for my Digital IC Design class, where I need to design and implement a Max-Priority Queue (MPQ) circuit. The circuit should handle specific queue operations including Build_Queue, Extract_Max, Increase_Value, and Insert_Data, and then write results to RAM.

Here’s a brief overview of the specifications:

Inputs: clk, rst, data (8-bit), data_valid, cmd (3-bit), index (8-bit), value (8-bit), cmd_valid.
Outputs: RAM_valid, RAM_A (8-bit), RAM_D (8-bit), busy, done.
I have written the following Verilog code for the MPQ module, but I’m having some issues with the implementation, particularly with the state transitions and ensuring the correct timing for RAM operations.

    task MAX_HEAPIFY(input integer i);
        integer l, r, largest, temp;
        begin
            l = 2*i + 1;
            r = 2*i + 2;
            if (l < size && heap[l] > heap[i])
                largest = l;
            else
                largest = i;
            if (r < size && heap[r] > heap[largest])
                largest = r;
            if (largest != i) begin
                temp = heap[i];
                heap[i] = heap[largest];
                heap[largest] = temp;
                MAX_HEAPIFY(largest);
            end
        end
    endtask

    task BUILD_QUEUE;
        integer i;
        begin
            for (i = size/2 - 1; i >= 0; i = i - 1) begin
                MAX_HEAPIFY(i);
            end
        end
    endtask

    task EXTRACT_MAX;
        begin
            if (size < 1) begin
                $display("heap underflow");
            end else begin
                heap[0] = heap[size - 1];
                size = size - 1;
                MAX_HEAPIFY(0);
            end
        end
    endtask

    task INCREASE_VALUE(input integer idx, input [7:0] val);
        integer parent, temp;
        begin
            if (val < heap[idx]) begin
                $display("new value is smaller than current value");
            end else begin
                heap[idx] = val;
                while (idx > 0 && heap[(idx - 1) / 2] < heap[idx]) begin
                    parent = (idx - 1) / 2;
                    temp = heap[idx];
                    heap[idx] = heap[parent];
                    heap[parent] = temp;
                    idx = parent;
                end
            end
        end
    endtask

    task INSERT_DATA(input [7:0] val);
        begin
            if (size < 255) begin
                size = size + 1;
                heap[size - 1] = 8'h00;
                INCREASE_VALUE(size - 1, val);
            end else begin
                $display("heap overflow");
            end
        end
    endtask

    always @(posedge clk or posedge rst) begin
        if (rst) begin
            size <= 8'd0;
            state <= IDLE;
            RAM_valid <= 1'b0;
            busy <= 1'b1;
            done <= 1'b0;
        end else begin
            case (state)
                IDLE: begin
                    busy <= 1'b0;
                    done <= 1'b0;
                    RAM_valid <= 1'b0;
                    if (cmd_valid) begin
                        busy <= 1'b1;
                        case (cmd)
                            3'b000: state <= BUILD;
                            3'b001: state <= EXTRACT;
                            3'b010: state <= INCREASE;
                            3'b011: state <= INSERT;
                            3'b100: state <= WRITE;
                            default: state <= IDLE;
                        endcase
                    end
                end
                BUILD: begin
                    if (data_valid) begin
                        heap[size] <= data;
                        size <= size + 1;
                    end else begin
                        BUILD_QUEUE;
                        state <= DONE;
                    end
                end
                EXTRACT: begin
                    EXTRACT_MAX;
                    state <= WRITE;
                end
                INCREASE: begin
                    INCREASE_VALUE(index, value);
                    state <= WRITE;
                end
                INSERT: begin
                    INSERT_DATA(value);
                    state <= WRITE;
                end
                WRITE: begin
                    if (size > 0) begin
                        RAM_valid <= 1'b1;
                        RAM_A <= size - 1;
                        RAM_D <= heap[size - 1];
                        state <= DONE;
                    end else begin
                        state <= DONE;
                    end
                end
                DONE: begin
                    done <= 1'b1;
                    busy <= 1'b0;
                    state <= IDLE;
                end
                default: state <= IDLE;
            endcase
        end
    end

New contributor

Terry Wei is a new contributor to this site. Take care in asking for clarification, commenting, and answering.
Check out our Code of Conduct.

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật