在FPGA設計中，一般的算數運算符都是按照無符號數進行的。那么需要有符號數計算的時候，該怎么辦呢？

很久很久以前也就是Verilog-2001還沒有出現時，是手動操作的，也就是說，對于一個8位的無符號數，比如reg [7:0] a; 我們手動把最高位當做符號位，剩余的7位則是數值位，整個二進制以補碼的形式表示。這個時候進入的二進制以補碼的形式表示，出來的二進制也以補碼的形式表示，在查看波形時，也以補碼的形式查看。總之，里面涉及到的二進制、二進制運算，都是基于二進制補碼的這個編碼形式。這個時候，這個模塊里面的變量、要處理的數都是有符號數，不要添上與無符號相關東西了，容易亂。無符號數的數據流想要進入這個模塊，得先經過補碼編碼后再輸進來。

后來，Verilog-2001出現了，當我們想處理有符號數時，再也不用我們手動認最高位了，因為這個時候的Verilog被定義得很“智能”了。是有符號還是無符號，就要看變量有沒有signed的聲明了。意思就是說，一個數進來，比如說8位，如果是 reg [7:0] a; 那么a就會被識別為無符號的8位數。如果是reg signed [7:0] a; 那么a就會被識別為有符號數，并且是識別為8位的二進制補碼。所謂的signed只有在參與運算的過程中才會有作用，再連線方面或是其他方面，沒有任何作用，因為都是補碼。

在Verilog-2001出現之后，一個模塊中出現有符號和無符號的處理問題也不大了，因為Verilog 2001提供了$signed()及$signed()機制，能夠進行有符號與無符號之間的轉換（然而我還是不建議一個模塊里面同時處理有符號和無符號的數據）。

盡量不要使有符號數與無符號數進行混合計算。因為只要有一個無符號數的運算單元，整個算式將被將成無符號數進行計算。
　　
下面是例子：

例子1：

input signed [7:0] a, b;
output signed [15:0] o;
assign o = a * b;

上面輸入兩個有符號數a和b，這兩個數都將被識別為二進制補碼（我們在查看波形的時候，也應該以補碼的形式查看）。這兩個數進行有符號數的乘法運算，得到的自然也是有符號數的積，因此這里的輸出也定義為有符號數。從這個例子中我們可以看到，操作數變量被定義為有符號數，那么操作的結果變量也應該被定義為有符號數。

例子2：
input [7:0] a, b;
output [15:0] o;
wire signed [15:0] o_sgn;
assugb o_sgn = $signed(a) * $signed(b);
assign o = $unsigned(o_sgn);

例子2中，輸入的是兩個無符號數，輸出也定義為無符號數。然而，（假設）應用時，發現只有一個有符號的乘法器可以使用，這個時候就要用Verilog中的signed()及$signed()機制.首先使用$signed()把輸入變成有符號數，同時定義一個有符號的中間結果，這樣子就可以使用有符號的乘法器進行運算了。最后使用$unsigned()把有符號的中間結果轉換為無符號輸出。

例子3：

input signed [7:0] a, b;
input signed [8:0] o;
assign o = a + b; // Verilog會自動進行符號的擴展。

Verilog-2001會自動擴展符號位。意思是說，當我們進行有符號數進行運算的時候，我們不要手動轉換符號位了，Verilog會自動識別最高位為符號位，同時在運算過程中會自動進行符號位的擴展。因此，正負號的擴展時，應多加利用Verilog的implicity signed extension，避免手動進行轉換。

例子4：

input [7:0] a;
input signed [7:0] b;
output signed [15:0] o;// Don't do this: assign o = a * b;
// The $signed({1'b0, a}) can convert the unsigned number to signed number.
assign o = $signed({1'b0, a}) * b;

上述代碼中，輸入a被識別為無符號數，而輸入b則被識別為二進制補碼，輸出則被定義為二進制補碼輸出。在進行運算的時候，我們不能直接讓a、b直接相乘，因為在一個verilog敘述中只要有一個無號數的??運算元，整個算式將被當成無號數進行計算。這個時候，因為輸出是有符號的，我們最好把輸入也變成有符號的，方便運算。因此我們首先需要把無符號的輸入手動添加一個符號位后，使用$signed()把輸入轉換稱為與b一樣的有符號形式；如果不使用$signed()，直接使用{1’b0,a}與b相乘，這樣還是無符號*有符號，因此還是需要把{1’b0,a}轉成有符號的形式。

同樣地，當乘以一個常數時，也要用$signed()把常數轉換一下：

input signed [7:0] a;
output signed [15:0] o;// Don't do this: assign o = a * 8'b10111111;
// Use $signed() system task
assign o = a * $signed(8'b10111111);
// or sb keyword.
assign o = a * 8'sb10111111;

還有一個需要的是，部分選擇（也就是進行位選的時候），位選運算過后的結果是無號數！！！就算是選擇的范圍包含整個register或wire，例子如下所示：

input signed [7:0] a;
input signed [7:0] b;
output signed [15:0] o1, o2;// Don't do this: assign o1 = a[7:0];//a[7:0]是得到的是無符號數，將一個無符號賦值給一個有符號數的時候，結果肯定會出錯
assign o1 = a;
// Don't do this: assign o2 = a[6:0] * b;
assign o2 = $signed(a[6:0]) + b