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后，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，然后返回步驟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循環語句常用于產生周期性的波形，用來作為仿真測試信號。它與always語句不同之處在于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位二進制數中值為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，然后執行步驟③；若為假（0），則結束循環，轉到步驟⑤。

③ 若表達式為真，在執行指定的語句后，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于采用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

這樣對于需要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））; //加法并移位

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位二進制數中值為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于以下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語句則是不斷地重復執行，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。這里只對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，它們都是并行運行的。initial塊常用于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復執行的，其聲明格式如下：

always 時序控制> 語句>

always語句由于其不斷重復執行的特性，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，并且把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。