Verilog HDL基礎之:其他常用語句

2020-12-15 電子產品世界

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201706/348847.htm

循環語句

在Verilog HDL中存在著4種類型的循環語句,用來控制執行語句的執行次數。

(1)forever:連續的執行語句。

(2)repeat:連續執行一條語句 n 次。

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

(4)for通過以下3個步驟來決定語句的循環執行。

① 先給控制循環次數的變量賦初值。

② 判定控制循環的表達式的值,如為假則跳出循環語句,如為真則執行指定的語句後,轉到步驟③。

③ 執行一條賦值語句來修正控制循環變量次數的變量的值,然後返回步驟②。

下面將詳細地對各種循環語句進行介紹。

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循環語句常用於產生周期性的波形,用來作為仿真測試信號。它與always語句不同之處在於它不能獨立寫在程序中,而必須寫在initial塊中。

2.repeat語句

repeat語句的格式如下:

repeat(表達式) 語句;

或者:

repeat(表達式) begin

多條語句

end

在repeat語句中,其表達式通常為常量表達式。下面的例子中使用repeat循環語句及加法和移位操作來實現一個乘法器。

parameter size=8,longsize=16; //參數聲明

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 //循環次數

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(表達式) 語句

或者:

while(表達式) begin

多條語句

end

下面舉一個while語句的例子,該例子用while循環語句對rega這個8位二進位數中值為1的位進行計數。

begin: count1s

reg[7:0] tempreg;

count=0;

tempreg = rega;

while(tempreg) begin //當tempreg中有不為0的位時,循環執行

if(tempreg[0]) count = count + 1; //低位為1時,計數

tempreg = tempreg>>1; //否則右移1位,此時高位用0填補

end

end

4.for語句

for語句的一般形式為:

for(表達式1;表達式2;表達式3) 語句

它的執行過程如下。

① 先求解表達式1。

② 求解表達式2,若其值為真(非0),則執行for語句中指定的內嵌語句,然後執行步驟③;若為假(0),則結束循環,轉到步驟⑤。

③ 若表達式為真,在執行指定的語句後,求解表達式3。

④ 轉到步驟②繼續執行。

⑤ 執行for語句下面的語句。

for語句最簡單的應用形式是很易理解的,其形式如下:

for(循環變量賦初值;循環結束條件;循環變量增值)

執行語句

for循環語句實際上相當於採用while循環語句建立以下的循環結構:

begin

循環變量賦初值;

while(循環結束條件) begin

執行語句

循環變量增值;

end

end

這樣對於需要8條語句才能完成的一個循環控制,for循環語句只需兩條即可。

下面分別舉兩個使用for循環語句的例子。例1用for語句來初始化memory。例2則用for循環語句來實現前面用repeat語句實現的乘法器。

例1:for語句1。

begin: init_mem

reg[7:0] tempi;

for(tempi=0;tempimemsize;tempi=tempi+1) //使用for循環語句初始化存儲器

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循環語句實現前面的乘法器

if(opb[bindex])

result = result + (opa(bindex-1)); //加法並移位

end

在for語句中,循環變量增值表達式可以不必是一般的常規加法或減法表達式。下面是對rega這個8位二進位數中值為1的位進行計數的另一種方法,如下所示:

begin: count1s

reg[7:0] tempreg;

count=0;

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

if(tempreg[0])

count=count+1;

end

結構說明語句

Verilog語言中的任何過程模塊都從屬於以下4種結構的說明語句。

(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行。initial語句只執行一次,always語句則是不斷地重複執行,直到仿真過程結束。在一個模塊中,使用initial和always語句的次數是不受限制的。task和function語句可以在程序模塊中的一處或多處調用,其具體使用方法在第4章中詳細介紹。這裡只對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; indexsize; index=index+1)

memory[index]=0; //初始化一個memory

end

在這個例子中用initial語句在仿真開始時對各變量進行初始化。

例4:initial語句2。

initial begin

inputs = b000000; //初始時刻為0

#10 inputs = b011001; //賦值時刻為10

#10 inputs = b011011; //賦值時刻為20

#10 inputs = b011000; //賦值時刻為30

#10 inputs = b001000; //賦值時刻為40

end

從這個例子中,我們可以看到initial語句的另一個用途,即用initial語句來生成激勵波形作為電路的測試仿真信號。一個模塊中可以有多個initial塊,它們都是並行運行的。initial塊常用於測試文件和虛擬模塊的編寫,用來產生仿真測試信號和設置信號記錄等仿真環境。

2.always語句

always語句在仿真過程中是不斷重複執行的,其聲明格式如下:

always 時序控制> 語句>

always語句由於其不斷重複執行的特性,只有和一定的時序控制結合在一起才有用。如果一個always語句沒有時序控制,則這個always語句將會發成一個仿真死鎖,例如:

always areg = ~areg;

這個always語句將會生成一個0延遲的無限循環跳變過程,這時會發生仿真死鎖。如果加上時序控制,則這個always語句將變為一條非常有用的描述語句,例如:

always #half_period areg = ~areg;

這個例子生成了一個周期為period(2×half_period) 的無限延續的信號波形,常用這種方法來描述時鐘信號,作為激勵信號來測試所設計的電路。

reg[7:0] counter;

reg tick;

always @(posedge areg) begin

tick = ~tick; //tick反相

counter = counter + 1; //計數器遞增

end

這個例子中,每當areg信號的上升沿出現時,把tick信號反相,並且把counter增加1。這種時間控制是always語句最常用的。

always 的時間控制可以是沿觸發也可以是電平觸發的,可以單個信號也可以多個信號,中間需要用關鍵字 or 連接,如:

always @(posedge clock or posedge reset) begin //由兩個沿觸發的always塊

end

always @( a or b or c ) begin //由多個電平觸發的always塊

end

沿觸發的always塊常常描述時序邏輯,如果符合,可綜合風格要求,用綜合工具自動轉換為表示時序邏輯的寄存器組和門級邏輯。電平觸發的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,可綜合風格要求,轉換為表示組合邏輯的門級邏輯或帶鎖存器的組合邏輯。

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