Verilog代碼：if-else和case的電路結(jié)構(gòu)和區(qū)別

本文是針對(duì)在寫項(xiàng)目中遇到的Verilog代碼寫法錯(cuò)誤，多對(duì)一和一對(duì)多賦值問題，從邏輯賦值的角度理解為何會(huì)編譯出錯(cuò)。并在后續(xù)討論了if-else和case的電路結(jié)構(gòu)和區(qū)別。在此處列出來供大家一起交流學(xué)習(xí)。

2.對(duì)Verilog代碼的理解

2.1 一對(duì)多賦值、多對(duì)一賦值行為的區(qū)別

2.1.1多對(duì)一賦值的Verilog代碼：

always @(posedge clk or negedge rstn)begin

if(!rstn)begin

REG1 <= 'd0;

REG2 <= 'd0;

end

else begin

if(write) begin

case(paddr)

'h54321 : REG1 <= ?pwdata; ? //在32'h54321寫入pwdata

'h12345 : REG2 <= ?pwdata; ? //在32'h12345寫入pwdata

default begin

REG1 <= REG1 ;

REG2 <= REG2 ;

end

endcase

//另一種寫法

//REG1 <= (paddr == 'h54321) ? pwdata : REG1; //在32'h54321寫入pwdata

//REG2 <= (paddr == 'h12345) ? pwdata : REG2; ?//在32'h12345寫入pwdata

end

else begin

REG1 <= REG1;

REG2 <= REG2;

end

end

end

·如果將一個(gè)信號(hào)（如pwdata）對(duì)多個(gè)信號(hào)進(jìn)行賦值（如REG1、REG2），應(yīng)該使用譯碼器形式的電路結(jié)構(gòu)。也就是pwdata根據(jù)paddr進(jìn)行譯碼，從而將值賦給REG1/REG2。如下圖所示

#FormatImgID_0#

·譯碼器一般用多個(gè)輸入信號(hào)，根據(jù)padder判斷取值的不同，將輸入信號(hào)pwdata賦值給相應(yīng)的輸出信號(hào)。代碼中給出了兩種寫法都可以。

2.1.2一對(duì)多賦值的Verilog代碼：

always @(posedge clk or negedge rstn)begin

if(!rstn)begin

prdata <= 'd0;

end

else begin

if(read) begin

case(paddr)

'h54321 : prdata <= REG1; //在32'h54321讀出prdata = REG1 ?

'h12345 : prdata <= REG2; //在32'h12345讀出prdata = REG2

default : prdata <= prdata;

endcase

//注意下面這種寫法是錯(cuò)誤的（2.1.3中會(huì)分析）

//prdata <= (paddr == 'h54321) ? REG1 : prdata;

//prdata <= (paddr == 'h54321) ? REG2 : prdata;

end

else begin

prdata <= prdata;

end

end

end

·如果將多個(gè)信號(hào)（如REG1、REG2）對(duì)一個(gè)信號(hào)進(jìn)行賦值（如prdata），應(yīng)該使用多路選擇器形式的電路結(jié)構(gòu)。也就是REG1/REG2根據(jù)paddr進(jìn)行判斷，從而將值賦給prdata。如下圖所示

#FormatImgID_1#

·多路選擇器的寫法一般是利用case語句進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，根據(jù)case的條件不同，選擇不同的輸入信號(hào)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行賦值。

2.1.3 為什么多對(duì)一賦值不能用三目運(yùn)算符呢？

即寫成：

always @(posedge clk or negedge rstn)begin

if(!rstn)begin

prdata <= 'd0;

end

else begin

if(read) begin

//注意多對(duì)一中，下面這種寫法是錯(cuò)誤的

prdata <= (paddr == 'h54321) ? REG1 : prdata;

prdata <= (paddr == 'h54321) ? REG2 : prdata;

end

else begin

prdata <= prdata;

end

end

end

分析：這時(shí)候編譯就會(huì)報(bào)錯(cuò)，prdata同時(shí)被兩個(gè)常量賦值。假如說paddr選中了'h54321，此時(shí) prdata<= REG1成立；但是請(qǐng)注意在第二條語句中，由于paddr≠'h54321，prdata <= prdata。

由此我們可以知道三目運(yùn)算符和case并不等價(jià)，如果改寫成if-else多層嵌套語句，編譯沒有出錯(cuò)誤。

always @(posedge clk or negedge rstn)begin

if(!rstn)begin

prdata <= 'd0;

end

else begin

if(read) begin

if(paddr == 'h54321)begin

prdata <= REG1;

end

else begin

if(paddr == 'h54321)begin

prdata <= REG2;

end

else begin

prdata <= prdata; ? ?

end

end

end

else begin

prdata <= prdata;

end

end

end

下面進(jìn)一步分析if-else和case語句的區(qū)別來分析。

2.2 if—else語句與case語句的區(qū)別

2.2.1 if-else語句的電路結(jié)構(gòu)

每個(gè)if-else就是一個(gè)2選1mux器。當(dāng)信號(hào)有明顯優(yōu)先級(jí)時(shí)，首先要考慮if-else，但是if嵌套過多也會(huì)導(dǎo)致速度變慢；if語句結(jié)構(gòu)較慢，但占用面積小。

嵌套的if語句如果使用不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)的更大延時(shí)，為了避免較大的路徑延遲，最好不要使用特別長(zhǎng)的嵌套if結(jié)構(gòu)。如想利用if語句來實(shí)現(xiàn)那些對(duì)延時(shí)要求苛刻的路徑時(shí)，應(yīng)將最高優(yōu)先級(jí)給最遲到達(dá)的關(guān)鍵信號(hào)。

2.2.2 case語句的電路結(jié)構(gòu)

case語句綜合為 n選1的mux電路。適用于無明顯優(yōu)先級(jí)的邏輯判斷，即這些邏輯條件都處于同一個(gè)優(yōu)先級(jí)且互斥；case結(jié)構(gòu)電路速度較快，但占用面積較大。

2.2.3 if語句和case語句中的latch問題

if-else：組合邏輯和時(shí)序邏輯中的always語句塊中實(shí)現(xiàn)是不同的。

組合邏輯中：if缺少else 時(shí)，會(huì)有l(wèi)atch；

時(shí)序邏輯中：盡管缺少else，依舊是D觸發(fā)器，不存在latch。

case語句：case列舉不全并且還沒寫default語句，則會(huì)綜合出鎖存器。所以一定寫default，無論是組合還是時(shí)序邏輯。

總結(jié)：保證if-else對(duì)應(yīng)齊全；case必寫default。

2.2.4 if-else語句和case語句的區(qū)別

對(duì)于這個(gè)的討論，本人認(rèn)為是以前由于綜合工具落后，導(dǎo)致有區(qū)別，但是隨著綜合工具的更新，他們之間的區(qū)別越來越小，甚至有人可以用if-else綜合出無優(yōu)先級(jí)的多路選擇器，用case綜合出有優(yōu)先級(jí)的多路選擇器。

“if-else的邏輯判別是有優(yōu)先級(jí)的，而case的邏輯判斷條件是并列的。

舉個(gè)例子，如果你用IF實(shí)現(xiàn)譯碼器，綜合出的是有優(yōu)先級(jí)的譯碼器。如果用CASE，綜合出的就是一個(gè)無優(yōu)先級(jí)的譯碼器。也就是說IF是有優(yōu)先級(jí)的，執(zhí)行的次序有先后。而CASE執(zhí)行的時(shí)候是沒有先后順序的?！?/p>

“隨著綜合工具的進(jìn)步，已經(jīng)不需要討論if-else 和case的區(qū)別了，兩者可以等同 ”

“Verilog 2001標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 1364-2001）第132頁：

The case item expressions shall be evaluated and compared in the exact order in which they are given.

指出了case是串行有優(yōu)先級(jí)。又：

Apart from syntax, the case statement differs from the multiway if-else-if construct in two important ways:

a) The conditional expressions in the if-else-if construct are more general than comparing one expression with several others, as in the case statement.

b) The case statement provides a definitive result when there are x and z values in an expression.

a)是廢話。b)指出了case是四態(tài)對(duì)比。除此之外和if-else沒有差別。”

審核編輯：黃飛