Verilog HDL基础之：条件语句

if语句是用来判定所给定的条件是否满足，根据判定的结果（真或假）决定执行给出的两种操作之一。Verilog HDL语言提供了3种形式的if语句。

（1）无分支。

语法形式：

 

if （表达式） 语句;

 

例如：

if （a > b） out1 = int1; //若a大于b，将int1赋予out1

 

（2）单级分支。

语法形式：

 

if（表达式）语句1;

else 语句2;

 

例如：

if（a>b） out1=int1; //若a大于b，将int1赋予out1；否则，将int2赋予out1

else out1=int2;

 

（3）多级分支

语法形式：

 

if（表达式1） 语句1;

else if（表达式2） 语句2;

else if（表达式3） 语句3;

...

else if（表达式m） 语句m;

else 语句n;

 

例如：

if（a>b） out1=int1; //若a大于b，将int1赋予out1

else if（a==b） out1=int2; //否则，如果a等于b，将int2赋予out1

else out1=int3; //否则，将int3赋予out1

 

关于if语句有如下6点说明：

（1）3种形式的if语句中，在if后面都有“表达式”，一般为逻辑表达式或关系表达式。系统对表达式的值进行判断，若为0、x或z，按“假”处理；若为1，按“真”处理，执行指定的语句。

（2）第二、第三种形式的if语句中，在每个else前面有一分号，整个语句结束处有一分号。

这是由于分号是Verilog HDL语句中不可缺少的部分，这个分号是if语句中的内嵌套语句所要求的。如果无此分号，则出现语法错误。

但应注意，不要误认为上面是两个语句（if语句和else语句）。它们都属于同一个if语句。else子句不能作为语句单独使用，它必须是if语句的一部分，与if配对使用。

（3）在if和else后面可以包含一个内嵌的操作语句，也可以有多个操作语句，此时用begin和end这两个关键词将几个语句包含起来成为一个复合块语句如下所示。

 

if（a>b）begin //使用begin_end语句实现多个赋值操作

out1=int1;

out2=int2;

end

else begin

out1=int2;

out2=int1;

end

 

注意	在end后不需要再加分号，因为begin_end内是一个完整的复合语句，不需再附加分号。

 

（4）允许一定形式的表达式简写方式，例如：

 

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

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

 

（5）if语句的嵌套。

在if语句中又包含一个或多个if语句，称为if语句的嵌套，一般形式如下：

 

if（expression1）

if（expression2） 语句1 （内嵌if）

else 语句2

else if（expression3） 语句3 （内嵌if）

else 语句4

 

应当注意if与else的配对关系，else总是与它上面的最近的if配对。如果if与else的数目不一样，为了实现程序设计者的企图，可以用begin_end块语句来确定配对关系，例如：

 

if（） begin

if（） 语句1 （内嵌if）

end

else 语句2

 

这时begin_end块语句限定了内嵌if语句的范围，因此else与第一个if配对。注意begin_end块语句在if_else语句中的使用，因为有时begin_end块语句的不慎使用会改变逻辑行为，如下所示：

 

if（index>0） //内嵌for语句，无else分支

for（scani=0;scaniindex;scani=scani+1） //内嵌if语句

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

$display（...）;

memory［scani］=0;

end

else //此处为内嵌if语句的分支

$display（error-indexiszero）;

...

尽管程序设计者把else写在与第一个if（外层if）同一列上，希望与第一个if对应，但实际上else是与第二个if对应，因为它们相距最近。正确的写法如下：

 

if（index>0） begin //内嵌for语句，有else分支

for（scani=0;scaniindex;scani=scani+1） //内嵌if语句

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

$display（...）;

memory［scani］=0;

end

end

else //此处为外部if语句的分支

$display（error-indexiszero）;

 

（6）if_else例子。

下面这段程序用if_else语句来检测变量index以决定modify-seg1、modify-seg2、modify-seg3中哪一个的值应当与index相加作为memory的寻址地址。并且将相加值存入寄存器index以备下次检测使用。程序的前10行定义寄存器和参数。

 

reg ［31:0］ instruction, segment_area［255:0］; //定义寄存器

reg ［7:0］ index;

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

parameter //定义参数

segment1=0, inc_seg1=1,

segment2=20, inc_seg2=2,

segment3=64, inc_seg3=4,

data=128;

//检测寄存器index的值

if（indexsegment2） begin //index＜20时，执行下列操作

instruction = segment_area［index + modify_seg1］;

index = index + inc_seg1;

end

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

instruction = segment_area［index + modify_seg2］;

index = index + inc_seg2;

end

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

instruction = segment_area［index + modify_seg3］;

index = index + inc_seg3;

end

else //index＞128时，执行下列操作

instruction = segment_area［index］;

 

case语句

case语句是一种多分支选择语句，if语句只有两个分支可供选择，而实际问题中常常需要用到多分支选择。Verilog语言提供的case语句直接处理多分支选择。case语句通常用于微处理器的指令译码，它的一般形式如下：

（1）case （表达式） case分支项> endcase

（2）casez（表达式） case分支项> endcase

（3）casex（表达式） case分支项> endcase

case分支项>的一般语法格式如下：

 

分支表达式: 语句

缺省项（default项）: 语句

 

关于case语句的几点说明如下。

（1）case括弧内的表达式称为控制表达式，case分支项中的表达式称为分支表达式。控制表达式通常表示为控制信号的某些位，分支表达式则用这些控制信号的具体状态值来表示，因此分支表达式又可以称为常量表达式。

（2）当控制表达式的值与分支表达式的值相等时，就执行分支表达式后面的语句。如果所有的分支表达式的值都没有与控制表达式的值相匹配的，就执行default后面的语句。

（3）default项可有可无，一个case语句里只能有一个default项。下面是一个简单的使用case语句的例子。该例子中对寄存器rega译码以确定result的值。

 

reg ［15:0］ rega;

reg ［9:0］ result;

case（rega）

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

default: result = bx; //rega不等于上面的值时

endcase

 

（4）每一个case分项的分支表达式的值必须互不相同，否则就会出现矛盾现象（对表达式的同一个值，有多种执行方案）。

（5）执行完case分项后的语句，则跳出该case语句结构，终止case语句的执行。

（6）在用case语句表达式进行比较的过程中，只有当信号的对应位的值能明确进行比较时，比较才能成功，因此要详细说明case分项的分支表达式的值。

（7）case语句的所有表达式的值的位宽必须相等，只有这样控制表达式和分支表达式才能进行对应位的比较。一个经常犯的错误是用bx、bz 来替代nbx、nbz，这样写是不对的，因为信号x、z的缺省宽度是机器的字节宽度，通常是32位（此处 n 是case控制表达式的位宽）。

 

case语句与if语句的区别主要有以下两点。

（1）与case语句中的控制表达式和多分支表达式相比，if结构中的条件表达式更为直观一些。

（2）对于那些分支表达式中存在不定值x和高阻值z时，case语句提供了处理这种情况的手段。下面的两个例子介绍了处理x、z值case语句。

例1：case语句1。

case （select［1:2］）

2 b00: result = 0; //select［1:2］等于00时

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

2 b0x,

2 b0z: result = flaga? bx: 0; //select［1:2］等于0x和0z时，执行表达式

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

2 bx0,

2 bz0: result = flagb? bx :0; //select［1:2］等于x0和z0时，执行表达式

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

endcase

 

例2：case语句2

 

case（sig）

1 bz: $display（signal is floating）; //sig为高阻时，打印输出

1 bx: $display（signal is unknown）; //sig为不定状态时，打印输出

default: $display（signal is %b, sig）; //为其他时，即0或1时，打印输出

endcase

 

针对电路的特性，Verilog HDL提供了case语句的其他两种形式用来处理不必考虑的情况（dont care condition）。其中casez语句用来处理不考虑高阻值z的比较过程，casex语句则将高阻值z和不定值都视为不必关心的情况。

所谓不必关心的情况，即在表达式进行比较时，不将该位的状态考虑在内。这样在case语句表达式进行比较时，就可以灵活地设置，以对信号的某些位进行比较。如表3.10所示为case、casez、casex 的真值表：

表3.10 case语句真值表

case	0	1	x	z
0	1	0	0	0
1	0	1	0	0
x	0	0	1	0
z	0	0	0	1
casez	0	1	x	z
0	1	0	0	1
1	0	1	0	1
x	0	0	1	1
z	1	1	1	1
casex	0	1	x	z
0	1	0	1	1
1	0	1	1	1
x	1	1	1	1
z	1	1	1	1

 

下面给出两个例子来分别说明casez语句和casex语句。

例3：casez语句。

 

reg［7:0］ ir;

casez（ir）

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

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

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

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

endcase

 

例4：casex语句。

 

reg［7:0］ r, mask;

mask = 8bx0x0x0x0;

casex（r^mask） //判断r^mask的结果

8 b001100xx: stat1; //不考虑低2位

8 b1100xx00: stat2; //不考虑第3、4位

8 b00xx0011: stat3; //不考虑第5、6位

8 bxx001100: stat4; //不考虑高2位

Endcase

 

其他条件语句

上面提到的if语句和case语句都只能应用于always语句内部。如果需要在always语句之外应用条件语句，可以采样这样的语法结构：

 

assign data = (sel)? a : b;

 

上面的语句的含义相当于：

if （sel ＝ 1）

data ＝ a;

else

data = b;