Verilog HDL基础之：条件语句

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        if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;scani<index;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;scani<index;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（index<segment2） begin                          //index＜20时，执行下列操作
              instruction = segment_area［index + modify_seg1］;
              index = index + inc_seg1;
        end
        else  if（index<segment3） begin                   //20＜index＜64时，执行下列操作
              instruction = segment_area［index + modify_seg2］;
              index = index + inc_seg2;
        end
        else  if （index<data） 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&#39;bx、&#39;bz 来替代n&#39;bx、n&#39;bz，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（don't 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 = 8'bx0x0x0x0;
        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;