Verilog HDL基礎之：條件語句

if語句

if語句是用來判定所給定的條件是否滿足，根據判定的結果（真或假）決定執行給出的兩種操作之一。Verilog HDL語言提供了3種形式的if語句。

（1）無分支。

語法形式：

if （表達式） 語句;

例如：

if （a > b） out1 = int1; //若a大于b，將int1賦予out1

（2）單級分支。

語法形式：

if（表達式）語句1;

else 語句2;

例如：

if（a>b） out1=int1; //若a大于b，將int1賦予out1；否則，將int2賦予out1

else out1=int2;

（3）多級分支

語法形式：

if（表達式1） 語句1;

else if（表達式2） 語句2;

else if（表達式3） 語句3;

...

else if（表達式m） 語句m;

else 語句n;

例如：

if（a>b） out1=int1; //若a大于b，將int1賦予out1

else if（a==b） out1=int2; //否則，如果a等于b，將int2賦予out1

else out1=int3; //否則，將int3賦予out1

關于if語句有如下6點說明：

（1）3種形式的if語句中，在if后面都有“表達式”，一般為邏輯表達式或關系表達式。系統對表達式的值進行判斷，若為0、x或z，按“假”處理；若為1，按“真”處理，執行指定的語句。

（2）第二、第三種形式的if語句中，在每個else前面有一分號，整個語句結束處有一分號。

這是由于分號是Verilog HDL語句中不可缺少的部分，這個分號是if語句中的內嵌套語句所要求的。如果無此分號，則出現語法錯誤。

但應注意，不要誤認為上面是兩個語句（if語句和else語句）。它們都屬于同一個if語句。else子句不能作為語句單獨使用，它必須是if語句的一部分，與if配對使用。

（3）在if和else后面可以包含一個內嵌的操作語句，也可以有多個操作語句，此時用begin和end這兩個關鍵詞將幾個語句包含起來成為一個復合塊語句如下所示。

if（a>b）begin //使用begin_end語句實現多個賦值操作

out1=int1;

out2=int2;

end

else begin

out1=int2;

out2=int1;

end

（4）允許一定形式的表達式簡寫方式，例如：

if（expression） 等同于 if（ expression == 1 ）

if（！expression） 等同于 if（ expression != 1 ）

（5）if語句的嵌套。

在if語句中又包含一個或多個if語句，稱為if語句的嵌套，一般形式如下：

if（expression1）

if（expression2） 語句1 （內嵌if）

else 語句2

else if（expression3） 語句3 （內嵌if）

else 語句4

應當注意if與else的配對關系，else總是與它上面的最近的if配對。如果if與else的數目不一樣，為了實現程序設計者的企圖，可以用begin_end塊語句來確定配對關系，例如：

if（） begin

if（） 語句1 （內嵌if）

end

else 語句2

這時begin_end塊語句限定了內嵌if語句的范圍，因此else與第一個if配對。注意begin_end塊語句在if_else語句中的使用，因為有時begin_end塊語句的不慎使用會改變邏輯行為，如下所示：

if（index>0） //內嵌for語句，無else分支

for（scani=0;scaniindex;scani=scani+1） //內嵌if語句

if（memory［scani］>0） begin //使用begin_end語句，有else分支

$display（...）;

memory［scani］=0;

end

else //此處為內嵌if語句的分支

$display（error-indexiszero）;

...

盡管程序設計者把else寫在與第一個if（外層if）同一列上，希望與第一個if對應，但實際上else是與第二個if對應，因為它們相距最近。正確的寫法如下：

if（index>0） begin //內嵌for語句，有else分支

for（scani=0;scaniindex;scani=scani+1） //內嵌if語句

if（memory［scani］>0） begin //使用begin_end語句，無else分支

$display（...）;

memory［scani］=0;

end

end

else //此處為外部if語句的分支

$display（error-indexiszero）;

（6）if_else例子。

下面這段程序用if_else語句來檢測變量index以決定modify-seg1、modify-seg2、modify-seg3中哪一個的值應當與index相加作為memory的尋址地址。并且將相加值存入寄存器index以備下次檢測使用。程序的前10行定義寄存器和參數。

reg ［31:0］ instruction, segment_area［255:0］; //定義寄存器

reg ［7:0］ index;

reg ［5:0］ modify_seg1, modify_seg2, modify_seg3;

parameter //定義參數

segment1=0, inc_seg1=1,

segment2=20, inc_seg2=2,

segment3=64, inc_seg3=4,

data=128;

//檢測寄存器index的值

if（indexsegment2） begin //index＜20時，執行下列操作

instruction = segment_area［index + modify_seg1］;

index = index + inc_seg1;

end

else if（indexsegment3） begin //20＜index＜64時，執行下列操作

instruction = segment_area［index + modify_seg2］;

index = index + inc_seg2;

end

else if （indexdata） begin //64＜index＜128時，執行下列操作

instruction = segment_area［index + modify_seg3］;

index = index + inc_seg3;

end

else //index＞128時，執行下列操作

instruction = segment_area［index］;

case語句

case語句是一種多分支選擇語句，if語句只有兩個分支可供選擇，而實際問題中常常需要用到多分支選擇。Verilog語言提供的case語句直接處理多分支選擇。case語句通常用于微處理器的指令譯碼，它的一般形式如下：

（1）case （表達式） case分支項> endcase

（2）casez（表達式） case分支項> endcase

（3）casex（表達式） case分支項> endcase

case分支項>的一般語法格式如下：

分支表達式: 語句

缺省項（default項）: 語句

關于case語句的幾點說明如下。

（1）case括弧內的表達式稱為控制表達式，case分支項中的表達式稱為分支表達式。控制表達式通常表示為控制信號的某些位，分支表達式則用這些控制信號的具體狀態值來表示，因此分支表達式又可以稱為常量表達式。

（2）當控制表達式的值與分支表達式的值相等時，就執行分支表達式后面的語句。如果所有的分支表達式的值都沒有與控制表達式的值相匹配的，就執行default后面的語句。

（3）default項可有可無，一個case語句里只能有一個default項。下面是一個簡單的使用case語句的例子。該例子中對寄存器rega譯碼以確定result的值。

reg ［15:0］ rega;

reg ［9:0］ result;

case（rega）

16 d0: result = 10 b0111111111; //rega等于0時

16 d1: result = 10 b1011111111; //rega等于1時

16 d2: result = 10 b1101111111; //rega等于2時

16 d3: result = 10 b1110111111; //rega等于3時

16 d4: result = 10 b1111011111; //rega等于4時

16 d5: result = 10 b1111101111; //rega等于5時

16 d6: result = 10 b1111110111; //rega等于6時

16 d7: result = 10 b1111111011; //rega等于7時

16 d8: result = 10 b1111111101; //rega等于8時

16 d9: result = 10 b1111111110; //rega等于9時

default: result = bx; //rega不等于上面的值時

endcase

（4）每一個case分項的分支表達式的值必須互不相同，否則就會出現矛盾現象（對表達式的同一個值，有多種執行方案）。

（5）執行完case分項后的語句，則跳出該case語句結構，終止case語句的執行。

（6）在用case語句表達式進行比較的過程中，只有當信號的對應位的值能明確進行比較時，比較才能成功，因此要詳細說明case分項的分支表達式的值。

（7）case語句的所有表達式的值的位寬必須相等，只有這樣控制表達式和分支表達式才能進行對應位的比較。一個經常犯的錯誤是用bx、bz 來替代nbx、nbz，這樣寫是不對的，因為信號x、z的缺省寬度是機器的字節寬度，通常是32位（此處 n 是case控制表達式的位寬）。

case語句與if語句的區別主要有以下兩點。

（1）與case語句中的控制表達式和多分支表達式相比，if結構中的條件表達式更為直觀一些。

（2）對于那些分支表達式中存在不定值x和高阻值z時，case語句提供了處理這種情況的手段。下面的兩個例子介紹了處理x、z值case語句。

例1：case語句1。

case （select［1:2］）

2 b00: result = 0; //select［1:2］等于00時

2 b01: result = flaga; //select［1:2］等于01時

2 b0x,

2 b0z: result = flaga? bx: 0; //select［1:2］等于0x和0z時，執行表達式

2 b10: result = flagb; //select［1:2］等于10時

2 bx0,

2 bz0: result = flagb? bx :0; //select［1:2］等于x0和z0時，執行表達式

default: result = bx; //select［1:2］不等于上面的值時

endcase

例2：case語句2

case（sig）

1 bz: $display（signal is floating）; //sig為高阻時，打印輸出

1 bx: $display（signal is unknown）; //sig為不定狀態時，打印輸出

default: $display（signal is %b, sig）; //為其他時，即0或1時，打印輸出

endcase

針對電路的特性，Verilog HDL提供了case語句的其他兩種形式用來處理不必考慮的情況（dont care condition）。其中casez語句用來處理不考慮高阻值z的比較過程，casex語句則將高阻值z和不定值都視為不必關心的情況。

所謂不必關心的情況，即在表達式進行比較時，不將該位的狀態考慮在內。這樣在case語句表達式進行比較時，就可以靈活地設置，以對信號的某些位進行比較。如表3.10所示為case、casez、casex 的真值表：

表3.10 case語句真值表

下面給出兩個例子來分別說明casez語句和casex語句。

例3：casez語句。

reg［7:0］ ir;

casez（ir）

8 b1???????: instruction1（ir）; //只判斷ir的最高位

8 b01??????: instruction2（ir）; //只判斷ir的高2位

8 b00010???: instruction3（ir）; //只判斷ir的高5位

8 b000001??: instruction4（ir）; //只判斷ir的高6位

endcase

例4：casex語句。

reg［7:0］ r, mask;

mask = 8bx0x0x0x0;

casex（r^mask） //判斷r^mask的結果

8 b001100xx: stat1; //不考慮低2位

8 b1100xx00: stat2; //不考慮第3、4位

8 b00xx0011: stat3; //不考慮第5、6位

8 bxx001100: stat4; //不考慮高2位

Endcase

其他條件語句

上面提到的if語句和case語句都只能應用于always語句內部。如果需要在always語句之外應用條件語句，可以采樣這樣的語法結構：

assign data = (sel)? a : b;

上面的語句的含義相當于：

if （sel ＝ 1）

data ＝ a;

else

data = b;