Verilog中的条件语句\多分支语句\循环语句

一、背景

由于初学Verilog，故写篇笔记记录Verilog中的 if-else、case-endcase、for、while、repeat、forever语法，以及例子。

二、if-else

定个标准，每个if-else的出现都要有begin-end语句。

2.1 标准结构

条件语句标准使用结构：

if (condition1) begin
    true_statement1 ;
end
else if (condition2) begin
    true_statement2 ;
end
else if (condition3) begin
    true_statement3 ;
end
else begin
    default_statement ;
end

2.2 例子

二输入选择器：

if(en) begin
    if(sel == 2'b1) begin
        sout = p1 ;
    end
    else begin
        sout = p0 ;
    end
end

三、case-endcase

case 语句是一种多路条件分支的形式，可以解决 if 语句中有多个条件选项时使用不方便的问题。casex、 casez 语句是 case 语句的变形，用来表示条件选项中的无关项。

3.1 标准结构

case(case_expr)
    condition1: true_statement1 ;
    condition2: true_statement2 ;
    ……
    default: default_statement ;
endcase

casex 用 “x” 来表示无关值，casez 用问号 “?” 来表示无关值。

两者的实现的功能是完全一致的，语法与 case 语句也完全一致。

但是 casex、casez 一般是不可综合的，多用于仿真。

例如用 casez 语句来实现一个 4bit 控制端的 4 路选择选择器。

3.2 例子

3.2.1 三路选择器的case部分，如下：

case(sel)
    2'b00:  sout_t = p0 ;
    2'b01:  sout_t = p1 ;
    2'b10:  sout_t = p2 ;
    default:    sout_t = p3 ;
endcase

3.2.2 casez的四路选择器，如下：

module mux4to1(
    input [3:0]     sel ,
    input [1:0]     p0 ,
    input [1:0]     p1 ,
    input [1:0]     p2 ,
    input [1:0]     p3 ,
    output [1:0]    sout);
 
    reg [1:0]     sout_t ;
    always @(*)
        casez(sel)
            4'b???1:     sout_t = p0 ;
            4'b??1?:     sout_t = p1 ;
            4'b?1??:     sout_t = p2 ;
            4'b1???:     sout_t = p3 ;  
        default:         sout_t = 2'b0 ;
    endcase
    assign      sout = sout_t ;
 
endmodule

四、for

4.1 标准结构

for 循环语法格式如下：

for(initial_assignment; condition ; step_assignment)  begin
    …
end

4.2 例子

// for 循环语句
integer      i ;
reg [3:0]    counter2 ;
initial begin
    counter2 = 'b0 ;
    for (i=0; i<=10; i=i+1) begin
        #10 ;
        counter2 = counter2 + 1'b1 ;
    end
end

五、repeat

repeat的功能是执行固定次数的循环，它不能像 while循环那样用一个逻辑表达式来确定循环是否继续执行。repeat循环的次数必须是一个常量、变量或信号。如果循环次数是变量信号，则循环次数是开始执行 repeat循环时变量信号的值。即便执行期间，循环次数代表的变量信号值发生了变化，repeat执行次数也不会改变。

5.1 标准结构

repeat循环语法格式如下：

repeat (loop_times) begin
    …
end

5.2 例子

5.2.1 循环11次

// repeat 循环语句
reg [3:0]    counter3 ;
initial begin
    counter3 = 'b0 ;
    repeat (11) begin  //重复11次
        #10 ;
        counter3 = counter3 + 1'b1 ;
    end
end

5.2.2 存储8个数据

always @(posedge clk or negedge rstn) begin
    j = 0  ;
    if (!rstn) begin
        repeat (8) begin
            buffer[j]   <= 'b0 ;      //没有延迟的赋值，即同时赋值为0
            j = j + 1 ;
        end
    end
    else if (enable) begin
        repeat (8) begin
            @(posedge clk) buffer[j]    <= counter3 ;       //在下一个clk的上升沿赋值
            j = j + 1 ;
        end
     end
end

仿真结果如下图。
由图可知，rstn 拉高时，buffer的 8 个向量同时赋值为 0。

第二个时钟周期后，buffer依次被counter3赋值，实现了连续存储 8 个数据的功能。

六、forever

forever语句表示永久循环，不包含任何条件表达式，一旦执行便无限的执行下去，系统函数$finish可退出forever。
forever相当于while(1)。
通常，forever 循环是和时序控制结构配合使用的。

6.1 标准结构

forever循环语法格式如下：

forever begin
    …
end

6.2 例子

6.2.1 产生一个时钟

reg          clk ;
initial begin
    clk       = 0 ;
    forever begin
        clk = ~clk ;
        #5 ;
    end
end

6.2.2 实现一个时钟边沿控制的寄存器间数据传输功能

reg    clk ;
reg    data_in, data_temp ;
initial begin
    forever @(posedge clk)      data_temp = data_in ;
end