Timer đếm xuống có ngắt và tự nạp lại

Mọi vi điều khiển đều có timer: đếm xuống từ một giá trị nạp sẵn, phát ngắt khi về 0, và có thể tự nạp lại để tạo ngắt định kỳ (tick của hệ điều hành, lấy mẫu ADC). Đây là một ngoại vi nhỏ, nhưng có nhiều quy tắc ưu tiên cần làm đúng.

module timer (
  input  logic       clk,
  input  logic       rst_n,         // reset bất đồng bộ: cnt = 0, reload = 0, irq = 0
  input  logic       load,          // nạp: cnt = reload = load_val
  input  logic [7:0] load_val,
  input  logic       en,            // cho phép đếm
  input  logic       auto_reload,
  output logic [7:0] cnt,
  output logic       irq            // xung 1 nhịp
);

Ở mỗi sườn lên, theo thứ tự ưu tiên:

1. load = 1: cnt = reload = load_val, irq = 0.
2. Ngược lại nếu en = 1:
   • cnt != 0: cnt = cnt − 1; nếu cnt vừa về 0 (tức trước đó bằng 1) thì irq = 1.
   • cnt == 0: nếu auto_reload thì cnt = reload; không thì giữ 0. Không phát ngắt.
3. irq bằng 0 ở mọi nhịp khác.

Với auto_reload = 1 và load_val = N, dãy giá trị là N, N−1, …, 1, 0 (ngắt), N, … nên chu kỳ ngắt là N + 1 nhịp.

Testbench đặt tín hiệu và đọc ngõ ra ở sườn xuống của clock.