Verilog HDL基礎(chǔ)之：條件語(yǔ)句

if語(yǔ)句

if語(yǔ)句是用來(lái)判定所給定的條件是否滿足，根據(jù)判定的結(jié)果（真或假）決定執(zhí)行給出的兩種操作之一。Verilog HDL語(yǔ)言提供了3種形式的if語(yǔ)句。

（1）無(wú)分支。

語(yǔ)法形式：

if （表達(dá)式） 語(yǔ)句;

例如：

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

（2）單級(jí)分支。

語(yǔ)法形式：

if（表達(dá)式）語(yǔ)句1;

else 語(yǔ)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(jí)分支

語(yǔ)法形式：

if（表達(dá)式1） 語(yǔ)句1;

else if（表達(dá)式2） 語(yǔ)句2;

else if（表達(dá)式3） 語(yǔ)句3;

...

else if（表達(dá)式m） 語(yǔ)句m;

else 語(yǔ)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(guān)于if語(yǔ)句有如下6點(diǎn)說(shuō)明：

（1）3種形式的if語(yǔ)句中，在if后面都有“表達(dá)式”，一般為邏輯表達(dá)式或關(guān)系表達(dá)式。系統(tǒng)對(duì)表達(dá)式的值進(jìn)行判斷，若為0、x或z，按“假”處理；若為1，按“真”處理，執(zhí)行指定的語(yǔ)句。

（2）第二、第三種形式的if語(yǔ)句中，在每個(gè)else前面有一分號(hào)，整個(gè)語(yǔ)句結(jié)束處有一分號(hào)。

這是由于分號(hào)是Verilog HDL語(yǔ)句中不可缺少的部分，這個(gè)分號(hào)是if語(yǔ)句中的內(nèi)嵌套語(yǔ)句所要求的。如果無(wú)此分號(hào)，則出現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤。

但應(yīng)注意，不要誤認(rèn)為上面是兩個(gè)語(yǔ)句（if語(yǔ)句和else語(yǔ)句）。它們都屬于同一個(gè)if語(yǔ)句。else子句不能作為語(yǔ)句單獨(dú)使用，它必須是if語(yǔ)句的一部分，與if配對(duì)使用。

（3）在if和else后面可以包含一個(gè)內(nèi)嵌的操作語(yǔ)句，也可以有多個(gè)操作語(yǔ)句，此時(shí)用begin和end這兩個(gè)關(guān)鍵詞將幾個(gè)語(yǔ)句包含起來(lái)成為一個(gè)復(fù)合塊語(yǔ)句如下所示。

if（a>b）begin //使用begin_end語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)多個(gè)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(dá)式簡(jiǎn)寫(xiě)方式，例如：

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

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

（5）if語(yǔ)句的嵌套。

在if語(yǔ)句中又包含一個(gè)或多個(gè)if語(yǔ)句，稱為if語(yǔ)句的嵌套，一般形式如下：

if（expression1）

if（expression2） 語(yǔ)句1 （內(nèi)嵌if）

else 語(yǔ)句2

else if（expression3） 語(yǔ)句3 （內(nèi)嵌if）

else 語(yǔ)句4

應(yīng)當(dāng)注意if與else的配對(duì)關(guān)系，else總是與它上面的最近的if配對(duì)。如果if與else的數(shù)目不一樣，為了實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)者的企圖，可以用begin_end塊語(yǔ)句來(lái)確定配對(duì)關(guān)系，例如：

if（） begin

if（） 語(yǔ)句1 （內(nèi)嵌if）

end

else 語(yǔ)句2

這時(shí)begin_end塊語(yǔ)句限定了內(nèi)嵌if語(yǔ)句的范圍，因此else與第一個(gè)if配對(duì)。注意begin_end塊語(yǔ)句在if_else語(yǔ)句中的使用，因?yàn)橛袝r(shí)begin_end塊語(yǔ)句的不慎使用會(huì)改變邏輯行為，如下所示：

if（index>0） //內(nèi)嵌for語(yǔ)句，無(wú)else分支

for（scani=0;scaniindex;scani=scani+1） //內(nèi)嵌if語(yǔ)句

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

$display（...）;

memory［scani］=0;

end

else //此處為內(nèi)嵌if語(yǔ)句的分支

$display（error-indexiszero）;

...

盡管程序設(shè)計(jì)者把else寫(xiě)在與第一個(gè)if（外層if）同一列上，希望與第一個(gè)if對(duì)應(yīng)，但實(shí)際上else是與第二個(gè)if對(duì)應(yīng)，因?yàn)樗鼈兿嗑嘧罱Ｕ_的寫(xiě)法如下：

if（index>0） begin //內(nèi)嵌for語(yǔ)句，有else分支

for（scani=0;scaniindex;scani=scani+1） //內(nèi)嵌if語(yǔ)句

if（memory［scani］>0） begin //使用begin_end語(yǔ)句，無(wú)else分支

$display（...）;

memory［scani］=0;

end

end

else //此處為外部if語(yǔ)句的分支

$display（error-indexiszero）;

（6）if_else例子。

下面這段程序用if_else語(yǔ)句來(lái)檢測(cè)變量index以決定modify-seg1、modify-seg2、modify-seg3中哪一個(gè)的值應(yīng)當(dāng)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(cè)使用。程序的前10行定義寄存器和參數(shù)。

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(shù)

segment1=0, inc_seg1=1,

segment2=20, inc_seg2=2,

segment3=64, inc_seg3=4,

data=128;

//檢測(cè)寄存器index的值

if（indexsegment2） begin //index＜20時(shí)，執(zhí)行下列操作

instruction = segment_area［index + modify_seg1］;

index = index + inc_seg1;

end

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

instruction = segment_area［index + modify_seg2］;

index = index + inc_seg2;

end

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

instruction = segment_area［index + modify_seg3］;

index = index + inc_seg3;

end

else //index＞128時(shí)，執(zhí)行下列操作

instruction = segment_area［index］;

case語(yǔ)句

case語(yǔ)句是一種多分支選擇語(yǔ)句，if語(yǔ)句只有兩個(gè)分支可供選擇，而實(shí)際問(wèn)題中常常需要用到多分支選擇。Verilog語(yǔ)言提供的case語(yǔ)句直接處理多分支選擇。case語(yǔ)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(dá)式） case分支項(xiàng)> endcase

（2）casez（表達(dá)式） case分支項(xiàng)> endcase

（3）casex（表達(dá)式） case分支項(xiàng)> endcase

case分支項(xiàng)>的一般語(yǔ)法格式如下：

分支表達(dá)式: 語(yǔ)句

缺省項(xiàng)（default項(xiàng)）: 語(yǔ)句

關(guān)于case語(yǔ)句的幾點(diǎn)說(shuō)明如下。

（1）case括弧內(nèi)的表達(dá)式稱為控制表達(dá)式，case分支項(xiàng)中的表達(dá)式稱為分支表達(dá)式。控制表達(dá)式通常表示為控制信號(hào)的某些位，分支表達(dá)式則用這些控制信號(hào)的具體狀態(tài)值來(lái)表示，因此分支表達(dá)式又可以稱為常量表達(dá)式。

（2）當(dāng)控制表達(dá)式的值與分支表達(dá)式的值相等時(shí)，就執(zhí)行分支表達(dá)式后面的語(yǔ)句。如果所有的分支表達(dá)式的值都沒(méi)有與控制表達(dá)式的值相匹配的，就執(zhí)行default后面的語(yǔ)句。

（3）default項(xiàng)可有可無(wú)，一個(gè)case語(yǔ)句里只能有一個(gè)default項(xiàng)。下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的使用case語(yǔ)句的例子。該例子中對(duì)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(shí)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

default: result = bx; //rega不等于上面的值時(shí)

endcase

（4）每一個(gè)case分項(xiàng)的分支表達(dá)式的值必須互不相同，否則就會(huì)出現(xiàn)矛盾現(xiàn)象（對(duì)表達(dá)式的同一個(gè)值，有多種執(zhí)行方案）。

（5）執(zhí)行完case分項(xiàng)后的語(yǔ)句，則跳出該case語(yǔ)句結(jié)構(gòu)，終止case語(yǔ)句的執(zhí)行。

（6）在用case語(yǔ)句表達(dá)式進(jìn)行比較的過(guò)程中，只有當(dāng)信號(hào)的對(duì)應(yīng)位的值能明確進(jìn)行比較時(shí)，比較才能成功，因此要詳細(xì)說(shuō)明case分項(xiàng)的分支表達(dá)式的值。

（7）case語(yǔ)句的所有表達(dá)式的值的位寬必須相等，只有這樣控制表達(dá)式和分支表達(dá)式才能進(jìn)行對(duì)應(yīng)位的比較。一個(gè)經(jīng)常犯的錯(cuò)誤是用bx、bz 來(lái)替代nbx、nbz，這樣寫(xiě)是不對(duì)的，因?yàn)樾盘?hào)x、z的缺省寬度是機(jī)器的字節(jié)寬度，通常是32位（此處 n 是case控制表達(dá)式的位寬）。

case語(yǔ)句與if語(yǔ)句的區(qū)別主要有以下兩點(diǎn)。

（1）與case語(yǔ)句中的控制表達(dá)式和多分支表達(dá)式相比，if結(jié)構(gòu)中的條件表達(dá)式更為直觀一些。

（2）對(duì)于那些分支表達(dá)式中存在不定值x和高阻值z(mì)時(shí)，case語(yǔ)句提供了處理這種情況的手段。下面的兩個(gè)例子介紹了處理x、z值case語(yǔ)句。

例1：case語(yǔ)句1。

case （select［1:2］）

2 b00: result = 0; //select［1:2］等于00時(shí)

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

2 b0x,

2 b0z: result = flaga? bx: 0; //select［1:2］等于0x和0z時(shí)，執(zhí)行表達(dá)式

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

2 bx0,

2 bz0: result = flagb? bx :0; //select［1:2］等于x0和z0時(shí)，執(zhí)行表達(dá)式

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

endcase

例2：case語(yǔ)句2

case（sig）

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

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

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

endcase

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

所謂不必關(guān)心的情況，即在表達(dá)式進(jìn)行比較時(shí)，不將該位的狀態(tài)考慮在內(nèi)。這樣在case語(yǔ)句表達(dá)式進(jìn)行比較時(shí)，就可以靈活地設(shè)置，以對(duì)信號(hào)的某些位進(jìn)行比較。如表3.10所示為case、casez、casex 的真值表：

表3.10 case語(yǔ)句真值表

下面給出兩個(gè)例子來(lái)分別說(shuō)明casez語(yǔ)句和casex語(yǔ)句。

例3：casez語(yǔ)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(yǔ)句。

reg［7:0］ r, mask;

mask = 8bx0x0x0x0;

casex（r^mask） //判斷r^mask的結(jié)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(yǔ)句

上面提到的if語(yǔ)句和case語(yǔ)句都只能應(yīng)用于always語(yǔ)句內(nèi)部。如果需要在always語(yǔ)句之外應(yīng)用條件語(yǔ)句，可以采樣這樣的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)：

assign data = (sel)? a : b;

上面的語(yǔ)句的含義相當(dāng)于：

if （sel ＝ 1）

data ＝ a;

else

data = b;