Verilog HDL基礎(chǔ)之：其他常用語句

循環(huán)語句

在Verilog HDL中存在著4種類型的循環(huán)語句，用來控制執(zhí)行語句的執(zhí)行次數(shù)。

（1）forever：連續(xù)的執(zhí)行語句。

（2）repeat：連續(xù)執(zhí)行一條語句 n 次。

（3）while：執(zhí)行一條語句直到某個(gè)條件不滿足。如果一開始條件即不滿足（為假），則語句一次也不能被執(zhí)行。

（4）for通過以下3個(gè)步驟來決定語句的循環(huán)執(zhí)行。

① 先給控制循環(huán)次數(shù)的變量賦初值。

② 判定控制循環(huán)的表達(dá)式的值，如為假則跳出循環(huán)語句，如為真則執(zhí)行指定的語句后，轉(zhuǎn)到步驟③。

③ 執(zhí)行一條賦值語句來修正控制循環(huán)變量次數(shù)的變量的值，然后返回步驟②。

下面將詳細(xì)地對(duì)各種循環(huán)語句進(jìn)行介紹。

1．forever語句

forever語句的格式如下：

forever 語句;

或者：

forever begin

      多條語句

end

forever循環(huán)語句常用于產(chǎn)生周期性的波形，用來作為仿真測(cè)試信號(hào)。它與always語句不同之處在于它不能獨(dú)立寫在程序中，而必須寫在initial塊中。

2．repeat語句

repeat語句的格式如下：

repeat（表達(dá)式） 語句；

或者：

repeat（表達(dá)式） begin

      多條語句

end

在repeat語句中，其表達(dá)式通常為常量表達(dá)式。下面的例子中使用repeat循環(huán)語句及加法和移位操作來實(shí)現(xiàn)一個(gè)乘法器。

parameter size=8,longsize=16;                 //參數(shù)聲明

reg ［size:1］ opa, opb;                            //寄存器聲明

reg ［longsize:1］ result;

begin: mult                                          //為begin_end模塊定名模塊名

     reg ［longsize:1］ shift_opa, shift_opb；    //寄存器聲明

     shift_opa = opa;                                //將opa、opb的值賦為shift_opa、shift_opb

     shift_opb = opb;

     result = 0;

     repeat（size） begin                            //循環(huán)次數(shù)

          if（shift_opb［1］）

          result = result + shift_opa;             //加法操作

          shift_opa = shift_opa <<1;               //左移1位

          shift_opb = shift_opb >>1;               //右移1位

     end

end

3．while語句

while語句的格式如下：

while（表達(dá)式）  語句

或者：

while（表達(dá)式） begin

     多條語句

end

下面舉一個(gè)while語句的例子，該例子用while循環(huán)語句對(duì)rega這個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)中值為1的位進(jìn)行計(jì)數(shù)。

begin: count1s

     reg［7:0］ tempreg;

     count=0;

     tempreg = rega;

     while（tempreg） begin                //當(dāng)tempreg中有不為0的位時(shí)，循環(huán)執(zhí)行

          if（tempreg［0］）  count = count + 1;    //低位為1時(shí)，計(jì)數(shù)

          tempreg = tempreg>>1;                     //否則右移1位,此時(shí)高位用0填補(bǔ)

     end

end

4．for語句

for語句的一般形式為：

for（表達(dá)式1；表達(dá)式2；表達(dá)式3）  語句

它的執(zhí)行過程如下。

① 先求解表達(dá)式1。

② 求解表達(dá)式2，若其值為真（非0），則執(zhí)行for語句中指定的內(nèi)嵌語句，然后執(zhí)行步驟③；若為假（0），則結(jié)束循環(huán)，轉(zhuǎn)到步驟⑤。

③ 若表達(dá)式為真，在執(zhí)行指定的語句后，求解表達(dá)式3。

④ 轉(zhuǎn)到步驟②繼續(xù)執(zhí)行。

⑤ 執(zhí)行for語句下面的語句。

for語句最簡(jiǎn)單的應(yīng)用形式是很易理解的，其形式如下：

for（循環(huán)變量賦初值；循環(huán)結(jié)束條件；循環(huán)變量增值）

     執(zhí)行語句

for循環(huán)語句實(shí)際上相當(dāng)于采用while循環(huán)語句建立以下的循環(huán)結(jié)構(gòu)：

begin

     循環(huán)變量賦初值；

     while（循環(huán)結(jié)束條件） begin

          執(zhí)行語句

          循環(huán)變量增值;

     end

end

這樣對(duì)于需要8條語句才能完成的一個(gè)循環(huán)控制，for循環(huán)語句只需兩條即可。

下面分別舉兩個(gè)使用for循環(huán)語句的例子。例1用for語句來初始化memory。例2則用for循環(huán)語句來實(shí)現(xiàn)前面用repeat語句實(shí)現(xiàn)的乘法器。

例1：for語句1。

begin: init_mem

     reg［7:0］ tempi;

     for（tempi=0;tempi<memsize;tempi=tempi+1）  //使用for循環(huán)語句初始化存儲(chǔ)器

          memory［tempi］=0;

     end

例2：for語句2。

parameter  size = 8, longsize = 16;

reg［size:1］ opa, opb;

reg［longsize:1］ result;

begin: mult

     integer bindex;

     result=0;

     for（ bindex=1; bindex<=size; bindex=bindex+1 ）//使用for循環(huán)語句實(shí)現(xiàn)前面的乘法器

          if（opb［bindex］）

               result = result + （opa<<（bindex-1））; //加法并移位

end

在for語句中，循環(huán)變量增值表達(dá)式可以不必是一般的常規(guī)加法或減法表達(dá)式。下面是對(duì)rega這個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)中值為1的位進(jìn)行計(jì)數(shù)的另一種方法，如下所示：

begin: count1s

     reg［7:0］ tempreg;

     count=0;

     for（ tempreg=rega; tempreg; tempreg=tempreg>>1 ）//循環(huán)變量增值表達(dá)式使用右移操作

               if（tempreg［0］） 

                   count=count+1;

end

結(jié)構(gòu)說明語句

Verilog語言中的任何過程模塊都從屬于以下4種結(jié)構(gòu)的說明語句。

（1）initial說明語句。

（2）always說明語句。

（3）task說明語句。

（4）function說明語句。

initial和always說明語句在仿真的一開始即開始執(zhí)行。initial語句只執(zhí)行一次，always語句則是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直到仿真過程結(jié)束。在一個(gè)模塊中，使用initial和always語句的次數(shù)是不受限制的。task和function語句可以在程序模塊中的一處或多處調(diào)用，其具體使用方法在第4章中詳細(xì)介紹。這里只對(duì)initial和always語句加以介紹。

1．initial語句

initial語句的格式如下：

initial begin

     語句1;

     語句2;

     ......

     語句n;

end

舉例說明。

例3：initial語句1。

initial begin

      areg=0;                               //初始化寄存器areg

      for（index=0; index<size; index=index+1）

            memory［index］=0;             //初始化一個(gè)memory

end

在這個(gè)例子中用initial語句在仿真開始時(shí)對(duì)各變量進(jìn)行初始化。

例4：initial語句2。

initial begin

     inputs = 'b000000;                  //初始時(shí)刻為0

     #10 inputs = 'b011001;             //賦值時(shí)刻為10

     #10 inputs = 'b011011;             //賦值時(shí)刻為20

     #10 inputs = 'b011000;             //賦值時(shí)刻為30

     #10 inputs = 'b001000;             //賦值時(shí)刻為40

end

從這個(gè)例子中，我們可以看到initial語句的另一個(gè)用途，即用initial語句來生成激勵(lì)波形作為電路的測(cè)試仿真信號(hào)。一個(gè)模塊中可以有多個(gè)initial塊，它們都是并行運(yùn)行的。initial塊常用于測(cè)試文件和虛擬模塊的編寫，用來產(chǎn)生仿真測(cè)試信號(hào)和設(shè)置信號(hào)記錄等仿真環(huán)境。

2．a(chǎn)lways語句

always語句在仿真過程中是不斷重復(fù)執(zhí)行的，其聲明格式如下：

always <時(shí)序控制>  <語句>

always語句由于其不斷重復(fù)執(zhí)行的特性，只有和一定的時(shí)序控制結(jié)合在一起才有用。如果一個(gè)always語句沒有時(shí)序控制，則這個(gè)always語句將會(huì)發(fā)成一個(gè)仿真死鎖，例如：

always  areg = ～areg;

這個(gè)always語句將會(huì)生成一個(gè)0延遲的無限循環(huán)跳變過程，這時(shí)會(huì)發(fā)生仿真死鎖。如果加上時(shí)序控制，則這個(gè)always語句將變?yōu)橐粭l非常有用的描述語句，例如：

always #half_period  areg = ～areg;

這個(gè)例子生成了一個(gè)周期為period（2×half_period） 的無限延續(xù)的信號(hào)波形，常用這種方法來描述時(shí)鐘信號(hào)，作為激勵(lì)信號(hào)來測(cè)試所設(shè)計(jì)的電路。

reg［7:0］ counter;

reg tick;

always @（posedge areg） begin

     tick = ～tick;                  //tick反相

     counter = counter + 1;        //計(jì)數(shù)器遞增

end

這個(gè)例子中，每當(dāng)areg信號(hào)的上升沿出現(xiàn)時(shí)，把tick信號(hào)反相，并且把counter增加1。這種時(shí)間控制是always語句最常用的。

always 的時(shí)間控制可以是沿觸發(fā)也可以是電平觸發(fā)的，可以單個(gè)信號(hào)也可以多個(gè)信號(hào)，中間需要用關(guān)鍵字 or 連接，如：

always @（posedge clock or posedge reset） begin   //由兩個(gè)沿觸發(fā)的always塊

    …

end

always @（ a or b or c ） begin                        //由多個(gè)電平觸發(fā)的always塊

    …

end

沿觸發(fā)的always塊常常描述時(shí)序邏輯，如果符合，可綜合風(fēng)格要求，用綜合工具自動(dòng)轉(zhuǎn)換為表示時(shí)序邏輯的寄存器組和門級(jí)邏輯。電平觸發(fā)的always塊常常用來描述組合邏輯和帶鎖存器的組合邏輯，如果符合，可綜合風(fēng)格要求，轉(zhuǎn)換為表示組合邏輯的門級(jí)邏輯或帶鎖存器的組合邏輯。