Verilog中循環(huán)語句簡(jiǎn)介

在這篇文章中，我們討論了可以在verilog中使用的不同類型的循環(huán)- for循環(huán)，while循環(huán)，forever循環(huán)和repeat循環(huán)。

正如我們?cè)谏弦黄P(guān)于 verilog 順序語句的文章中看到的那樣，有許多語句只能在過程塊中使用。我們使用這些語句來控制在 verilog 設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)賦值的方式。我們可以使用的四種不同類型的循環(huán)用于設(shè)計(jì)中分配賦值的順序語句。

因此，我們只能在程序塊（例如always塊或initial塊）中編寫循環(huán)語句。在這篇文章的其余部分，我們將討論如何在verilog中使用循環(huán)語句。然后，我們?yōu)槊總€(gè)結(jié)構(gòu)考慮一個(gè)簡(jiǎn)短的示例，以展示我們?nèi)绾卧趯?shí)踐中使用它們。

Verilog中的循環(huán)

我們?cè)趘erilog中使用循環(huán)來多次執(zhí)行相同的代碼。verilog 中最常用的循環(huán)是 for 循環(huán)。我們使用此循環(huán)來執(zhí)行固定次數(shù)的代碼塊。 我們還可以在verilog中使用repeat關(guān)鍵字，它執(zhí)行與for循環(huán)類似的功能。但是，我們通常更喜歡在verilog設(shè)計(jì)中使用for循環(huán)而不是repeat關(guān)鍵字。 我們?cè)趘erilog中常用的另一種類型的循環(huán)是while循環(huán)。只要給定條件為真，我們就使用此循環(huán)來執(zhí)行部分代碼。 讓我們仔細(xì)看看這些類型的循環(huán)。

Verilog forever循環(huán)

我們使用verilog中的forever循環(huán)來創(chuàng)建連續(xù)執(zhí)行的代碼塊，就像其他編程語言中的無限循環(huán)一樣。這與 verilog 中的其他類型的循環(huán)形成鮮明對(duì)比，例如 for 循環(huán)和while循環(huán)，它們只運(yùn)行固定次數(shù)。forever循環(huán)最常見的用例之一是在verilog測(cè)試平臺(tái)中生成時(shí)鐘信號(hào)。forever循環(huán)不能綜合，這意味著我們只能在測(cè)試臺(tái)代碼中使用它。 下面的代碼片段顯示了 verilog forever循環(huán)的一般語法。

forever循環(huán)示例

為了更好地演示我們?nèi)绾卧趯?shí)踐中使用永久循環(huán)，讓我們考慮一個(gè)例子。在本例中，我們將生成一個(gè)頻率為 10MHz 的時(shí)鐘信號(hào)，我們可以在測(cè)試臺(tái)內(nèi)使用該信號(hào)。為此，我們首先將信號(hào)分配給初始值。然后，我們使用永久塊定期反轉(zhuǎn)信號(hào)。 下面的代碼片段顯示了我們?nèi)绾卧趘erilog中實(shí)現(xiàn)這個(gè)時(shí)鐘示例。

關(guān)于這個(gè)例子，有兩件重要的事情要說。首先，請(qǐng)注意，我們使用verilog initial塊，這是過程語句的另一個(gè)示例。我們?cè)诔跏級(jí)K中編寫的任何代碼都會(huì)在模擬開始時(shí)執(zhí)行一次。我們幾乎總是在測(cè)試平臺(tái)代碼中使用初始?jí)K，而不是always塊。原因是它們只執(zhí)行一次，我們通常只需要運(yùn)行一次測(cè)試。

這里要注意的另一件重要事情是使用 # 符號(hào)在 verilog 中對(duì)時(shí)間延遲進(jìn)行建模。為了使此示例正常工作，我們需要在代碼中包含 verilog 時(shí)間刻度編譯器指令。我們使用時(shí)間刻度編譯器指令來指定模擬的時(shí)間單位和分辨率。在這種情況下，我們需要將時(shí)間單位設(shè)置為 ns，如下面的代碼片段所示。

Verilog repeat循環(huán)

我們使用repeat循環(huán)來執(zhí)行給定的verilog代碼塊固定次數(shù)。我們指定代碼塊在repeat循環(huán)聲明中執(zhí)行的次數(shù)。雖然我們最常在verilog測(cè)試臺(tái)中使用repeat循環(huán)，但我們也可以在可綜合的代碼中使用它。但是，我們?cè)谑褂么私Y(jié)構(gòu)綜合成代碼時(shí)必須小心，因?yàn)槲覀冎荒苁褂盟鼇砻枋鲋貜?fù)的結(jié)構(gòu)。

下面的代碼片段顯示了verilog重復(fù)循環(huán)的一般語法

我們使用<數(shù)字>字段來確定repeat循環(huán)的執(zhí)行次數(shù)。repeat循環(huán)與verilog中的 for循環(huán)非常相似，因?yàn)樗鼈兌紙?zhí)行代碼的次數(shù)固定。 這兩種類型的循環(huán)之間的主要區(qū)別在于 for 循環(huán)包含一個(gè)局部變量，我們可以在循環(huán)中引用該變量。此變量的值在循環(huán)的每次迭代中更新。相比之下，repeat循環(huán)不包括此局部循環(huán)變量。因此，在我們不需要此變量的情況下，repeat循環(huán)實(shí)際上不如for循環(huán)那么冗長(zhǎng)。

repeat循環(huán)示例

repeat循環(huán)是一個(gè)相對(duì)直接的結(jié)構(gòu)。但是，讓我們考慮一個(gè)基本示例，以更好地演示它是如何工作的。對(duì)于此示例，假設(shè)我們的設(shè)計(jì)中有一個(gè)信號(hào)，每當(dāng)設(shè)計(jì)中另一個(gè)信號(hào)出現(xiàn)上升沿時(shí)，我們想要取反該信號(hào)，但是，我們只希望此取反操作總共有效六次。 下面的波形顯示了我們?cè)噲D在此示例循環(huán)中實(shí)現(xiàn)的功能。

我們可以輕松地在repeat塊中實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，如下面的代碼片段所示。

我們可以在這個(gè)例子中看到，我們已將<數(shù)字>字段設(shè)置為 6。因此，repeat循環(huán)在終止之前總共將運(yùn)行六次。然后，我們使用我們?cè)趘erilog always塊的帖子中討論的posedge宏。此宏告訴我們代碼中sig_a信號(hào)何時(shí)出現(xiàn)上升沿。在verilog中，我們使用@符號(hào)來告訴我們的代碼等待事件發(fā)生。這僅意味著代碼將在此行暫停并等待括號(hào)中的條件評(píng)估為 true。一旦發(fā)生這種情況，代碼將繼續(xù)運(yùn)行。 在此示例中，我們使用此運(yùn)算符來阻止repeat循環(huán)的執(zhí)行，直到在sig_a信號(hào)上檢測(cè)到上升沿。 最后，我們可以使用非verilog位運(yùn)算符（~）在檢測(cè)到上升沿時(shí)反轉(zhuǎn)sig_b信號(hào)。 下面的波形顯示了該代碼的仿真結(jié)果。

Verilog while循環(huán)

我們使用while循環(huán)來執(zhí)行verilog代碼的一部分，只要給定條件為真。在循環(huán)的每次迭代之前計(jì)算指定的條件。因此，塊中的所有代碼都將在每次有效的迭代中執(zhí)行。 即使條件發(fā)生更改，在塊中的代碼運(yùn)行時(shí)不再計(jì)算為true，也會(huì)發(fā)生這種情況。我們可以將 while循環(huán)視為重復(fù)執(zhí)行的if語句。 由于循環(huán)通常不可綜合，因此我們經(jīng)常在測(cè)試平臺(tái)中使用它們來產(chǎn)生激勵(lì)。 下面的代碼片段顯示了verilog中while循環(huán)的一般語法。

我們使用上述構(gòu)造中的 <條件> 字段來確定循環(huán)的執(zhí)行何時(shí)停止。

while循環(huán)示例

為了更好地演示我們?nèi)绾卧趘erilog中使用while循環(huán)，讓我們考慮一個(gè)基本示例。對(duì)于此示例，我們將創(chuàng)建一個(gè)從0增加到3的整數(shù)類型變量。然后，我們?cè)谘h(huán)的每次迭代中打印此變量的值。 雖然這是一個(gè)微不足道的示例，但它演示了while循環(huán)的基本原理。 下面的代碼片段顯示了我們將如何實(shí)現(xiàn)此示例。

此示例假定已聲明iter變量并為其分配初始值0。在循環(huán)的每次迭代中，循環(huán)體中的第二行代碼都會(huì)遞增iter變量。 在此示例中設(shè)置了 <條件> 字段，以便僅在iter變量小于4時(shí)執(zhí)行循環(huán)。因此，迭代變量在此循環(huán)中從0遞增到3。

Verilog For循環(huán)

在編寫verilog代碼時(shí)，我們使用for循環(huán)來執(zhí)行固定次數(shù)的代碼塊。與while循環(huán)一樣，只要給定條件為真，for循環(huán)就會(huì)執(zhí)行。在循環(huán)的每次迭代之前計(jì)算指定的條件。我們將此條件指定為 for循環(huán)聲明的一部分。此條件用于控制循環(huán)的執(zhí)行次數(shù)。 雖然它通常用于測(cè)試平臺(tái)，但我們也可以在可綜合的verilog代碼中使用for循環(huán)。 當(dāng)我們?cè)诳删C合代碼中使用for循環(huán)時(shí)，我們通常使用它來復(fù)制硬件的各個(gè)部分。最常見的例子之一是移位寄存器。 正如我們前面提到的，for循環(huán)與rep循環(huán)非常相似。主要區(qū)別在于for循環(huán)使用可以在我們的循環(huán)代碼中使用的局部變量。

下面的代碼片段顯示了我們?cè)?verilog for循環(huán)中使用的語法。

我們使用 字段來設(shè)置循環(huán)變量的初始值。我們必須聲明我們?cè)谘h(huán)中使用的變量，然后才能在代碼中使用它。字段是條件語句，用于確定循環(huán)運(yùn)行的次數(shù)。for循環(huán)將繼續(xù)執(zhí)行，直到此字段的計(jì)算結(jié)果為 false。我們使用<增量>字段來確定循環(huán)變量在每次循環(huán)迭代中的更新方式。

for循環(huán)示例

為了更好地演示我們?nèi)绾卧趘erilog中使用for循環(huán)，讓我們考慮一個(gè)基本示例。在本例中，我們將使用verilog for循環(huán)編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的四位串行移位寄存器。實(shí)現(xiàn)移位寄存器實(shí)際上是for循環(huán)最常見的用例之一。 移位寄存器可以使用簡(jiǎn)單的verilog陣列來實(shí)現(xiàn)。然后，我們可以將移位寄存器的輸入分配給數(shù)組的第一個(gè)元素。然后，我們使用for循環(huán)將數(shù)組的現(xiàn)有內(nèi)容向左移動(dòng)一個(gè)位置。

下面的 verilog 代碼片段顯示了我們將如何使用for循環(huán)實(shí)現(xiàn)此移位寄存器。

在此代碼中要注意的第一件事是，我們使用循環(huán)變量（i）來引用循環(huán)中數(shù)組的元素。在代碼中使用它之前，我們必須聲明這個(gè)循環(huán)變量。 由于我們的移位數(shù)組有四個(gè)位，我們?cè)O(shè)置字段，以便循環(huán)僅在循環(huán)變量 （i） 小于4時(shí)才執(zhí)行循環(huán)。 最后，我們?cè)O(shè)置 <增量> 字段，以便循環(huán)變量在每次迭代中遞增1。這允許我們迭代數(shù)組中的每個(gè)元素。 在此示例中，我們使用非阻塞分配。原因是移位寄存器是時(shí)序邏輯電路的一個(gè)例子。因此，我們必須在時(shí)鐘Verilog always塊中編寫此代碼，以正確建模移位寄存器。