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07 Verilog语法_条件与循环语句

文档创建者：uisrc
浏览次数：1298
最后更新：2024-01-07
FPGA基础知识
FPGA基础: FPGA编程语言 » Verilog编程入门
软件版本：无
操作系统：WIN10 64bit
硬件平台：适用所有系列FPGA
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1概述
本节主要讲解Verilog语法条件、循环语句，需要掌握if、case、casex、casez、while、for、repeat、forever语句的用法。
2条件语句2.1 if
if语句是用来判定所给的条件是否满足，根据判定的结果（布尔值）决定执行给出的两种操作之一，Verilog语言给出三种形式的if语句：
（1）if（表达式）语句；例：
always@(negedge clk or negedge rst) //always触发条件
begin
    if (!rst_n) //rst_n为0时满足条件，进入执行语句
        q <= 0; //q赋值0
end


（2）if（表达式）
语句1；
else
语句2；例：
always@(negedge clk or negedge rst) //always触发条件
begin
    if (!rst_n) //rst_n为0时满足条件，进入执行语句
        q <= 0; //q赋值0
    else
        q <= 1; //rst_nw为非0的时候进入执行语句，q赋值1
end


（3）if（表达式）
语句1；
else if （表达式1）
语句2；
else if （表达式2）
语句……；
else if （表达式n-21）
语句n-2；
else if （表达式n-1）
语句n-1；
else
语句n；例：
always@(negedge clk or negedge rst) //always触发条件
begin
    if (!rst_n) //rst_n为0时满足条件，进入执行语句
        q <= 0; //q赋值0
    else if(s == 2'b00) //s为2'b00时满足条件，进入执行语句
        q <= d[0]; //q赋值d[0]
    else if(s == 2'b01) //s为 2'b01时满足条件，进入执行语句
        q <= d[1]; //q赋值d[1]
    else if(s == 2'b10) //s为 2'b10时满足条件，进入执行语句
        q <= d[2];       //q赋值d[2]
    else if(s == 2'b11) //s为2'b11时满足条件，进入执行语句
        q <= d[3]; //q赋值d[3]
    else
        ;
end


三种格式的if语句在if后都有表达式，该表达式一般为逻辑表达式或者关系表达式。系统对表达式的值进行判断，若为0 ，x，z，按假处理；若为1，按真处理，执行指定的语句。
三种形式的if语句，每个else前有一个"；"整个语句结束的时候有一个"；"。例：
if (!rst_n) //rst_n为0时满足条件，进入执行语句
        q <= 0; //q赋值0,用"；"隔开
    else
        q <= 1; //q赋值1,用"；"隔开


因为分号是Verilog语法不可缺少的部分，是if内嵌语句所要求的。如果没有分号，将报语法错误。
在if和else后可以内嵌操作语句，比如，begin end，里面可以同时执行多条语句。例：
    if(s == 2'b00) //当s等于2'b00进入执行语句
    begin
        q <= d[0]; //q赋值d[0],用"；"隔开
        q1 <= d[0]; //q1赋值d[0],用"；"隔开
        q2 <= d[1]; //q2赋值d[1],用"；"隔开
        q3 <= d[2]; //q3赋值d[2],用"；"隔开
    end
    else //当s不等于2'b00进入执行语句
    begin
        q <= d[1]; //q赋值d[1],用"；"隔开
        q <= d[0]; //q赋值d[0],用"；"隔开
        q1 <= d[0]; //q1赋值d[0],用"；"隔开
        q2 <= d[1]; //q2赋值d[1],用"；"隔开
        q3 <= d[2]; //q3赋值d[2],用"；"隔开
    end


同时允许多个if语句进行嵌套使用。
if（表达式）
if（表达式1）
语句1；
else
语句2；
else
if（表达式2）
语句3；
else
语句4；
2.2 case
case语句是一种多路分支选择语句，if语句只有两个分支可以选择，而实际应用中常用到多路选择，case的一般形式如下：
（1）case（表达式）<case分支>endcase
（2）casex（表达式）<case分支>endcase
（3）casez（表达式）<case分支>endcase
case分支项一般格式如下：
分支表达式：语句；
默认项（default项）：语句；例：
    case(s) //判断参数为s
        2'b00:q <= d[0]; //s为2'b00，q赋值d[0]
        2'b01:q <= d[1]; //s为2'b01，q赋值d[1]
        2'b10:q <= d[2]; //s为2'b10，q赋值d[2]
        2'b11:q <= d[3]; //s为2'b11，q赋值d[3]
        default:q <= 0;
    endcase


case后的表达式称为控制表达式，case分支项里面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。
当控制表达式的值与分支表达式的值相匹配时，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，就执行default后面的语句。
default项可有可无，一个case语句里只准有一个default项。
每一个case分项的分支表达式的值必须互不相同，否则就会出现问题，即对表达式的同一个值，将出现多种执行方案，产生矛盾。
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。
在用case语句表达式进行比较的过程中，只有当对应位的值能明确进行比较时，比较才能成功。因此，要注意详细说明case分项的分支表达式的值。
case语句的所有表达式值的位宽必须相等，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。
下面给出case，casex，casez的真值表：
case
0
1
x
z
casez
0
1
x
z
casex
0
1
x
z
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
1
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
x
0
0
1
0
x
0
0
1
1
x
1
1
1
1
z
0
0
0
1
z
1
1
1
1
z
1
1
1
1


通过真值表，可以看到case，casex，casez依次增加了等价了的范围，因此，使用时需要分析清楚应用逻辑的表达是否正确。
3循环语句
Verilog 中的循环语句有 4 个，分别是 forever，repeat，while和for循环。
3.1 forever语句
forever语句的格式如下：
forever 语句；或
forever
begin
多条语句；
end
forever语句常用来产生仿真的周期性波形，它与always语句的区别是不能直接写在程序中，必须写在initial里。例：
reg clk ; //reg变量clk
initial
begin
    clk  = 1 ; //reg变量clk赋初值
    forever
begin
        clk =!clk ;//reg变量clk翻转
        #10 ;
    end
end


此时，forever产生了一个周期性的交变信号，通常用来生成时钟信号。
forever 语句表示一直循环，可以不需要任何条件表达式，一旦开始执行便无限循环的执行下去，只有系统函数 $finish 可以退出 forever。
3.2 repeat语句
repeat语句的格式如下：
repeat（循环次数表达式）语句；
或
repeat（循环次数表达式）
begin
多条语句；
end
其表达式通常为常量表达式。如果循环次数是个变量，则循环次数是开始执行 repeat 循环时变量信号的值。即执行期间，变量信号值发生了变化，repeat 执行次数也不会改变。例：
reg [3:0]  data;
initial
begin
    data = 4'b0000 ; //data赋初值
    repeat (10) //下列操作循环10次
begin
        #10 ;
        data = data + 1'b1 ;
    end
end


此时，repeat (10)执行了10次变量data的累加操作。
3.3 while语句
while语句的格式如下：
while（表达式）语句；
或
while（表达式）
begin
多条语句；
end
当表达式为真时执行循环里面的语句，当表达式为假时，跳出循环。例：
reg [3:0] data;
initial
begin
    data = 4'b0000 ; //data赋初值
    while (data <=10) //while (data <=10)，变量data的累加值小于10时继续循环，大于10后跳出循环
begin
       #10 ;
       data = data + 1'b1 ;
    end
end


此时，while (data <=10)，变量data的累加值小于10时继续循环，大于10后跳出循环。
3.4 for语句
for语句的一般形式如下：
for（表达式1；表达式2；表达式3）语句；
它的执行过程如下：
（1）先求解表达式1。
（2）求解表达式2的值，其值若为真，则执行for语句中内嵌的语句，然后执行第（3）步。若为假，则结束循环，执行第（5）步。
（3）求解表达式3。
（4）执行第（2）步。
（5）结束for语句，进行下面的语句执行。
for语句的应用形式如下：
for（循环变量赋初始值；循环结束条件；循环变量增加）
执行语句；
for语句的功能可以用while语句同样实现，如下：
begin
循环变量赋初始值；
while（循环结束条件）
begin
执行语句；
循环变量增加；
end
end例：
integer i;
reg [3:0]  data;
initial begin
    data = 4'b0000; //data赋初值
    for (i=0; i<=10; i=i+1) //for循环执行在条件i<=10时进行data变量的累加
    begin
        #10;
        data = data + 1'b1;
    end
end


此时，for循环执行在条件i<=10时进行data变量的累加。

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