Verilog语言的循环语句示例详解

2023-05-15 08:05:12 语句 示例 详解

关键词：while, for, repeat, forever

Verilog 循环语句有 4 种类型，分别是 while，for，repeat，和 forever 循环。循环语句只能在 always 或 initial 块中使用，但可以包含延迟表达式。

while 循环

while 循环语法格式如下：

while (condition) begin
    …
end

while 循环中止条件为 condition 为假。

如果开始执行到 while 循环时 condition 已经为假，那么循环语句一次也不会执行。

当然，执行语句只有一条时，关键字 begin 与 end 可以省略。

下面代码执行时，counter 执行了 11 次。

`timescale 1ns/1ns
 
module test ;
 
    reg [3:0]    counter ;
    initial begin
        counter = 'b0 ;
        while (counter<=10) begin
            #10 ;
            counter = counter + 1'b1 ;
        end
    end
 
   //stop the simulation
    always begin
        #10 ;  if ($time >= 1000) $finish ;
    end
 
endmodule

for 循环

for 循环语法格式如下：

for(initial_assignment; condition ; step_assignment)  begin
    …
end

initial_assignment 为初始条件。

condition 为终止条件，condition 为假时，立即跳出循环。

step_assignment 为改变控制变量的过程赋值语句，通常为增加或减少循环变量计数。

一般来说，因为初始条件和自加操作等过程都已经包含在 for 循环中，所以 for 循环写法比 while 更为紧凑，但也不是所有的情况下都能使用 for 循环来代替 while 循环。

下面 for 循环的例子，实现了与 while 循环中例子一样的效果。需要注意的是，i = i + 1 不能像 C 语言那样写成 i++ 的形式，i = i -1 也不能写成 i -- 的形式。

// for 循环语句
integer      i ;
reg [3:0]    counter2 ;
initial begin
    counter2 = 'b0 ;
    for (i=0; i<=10; i=i+1) begin
        #10 ;
        counter2 = counter2 + 1'b1 ;
    end
end

repeat 循环

repeat 循环语法格式如下：

repeat (loop_times) begin
    …
end

repeat 的功能是执行固定次数的循环，它不能像 while 循环那样用一个逻辑表达式来确定循环是否继续执行。repeat 循环的次数必须是一个常量、变量或信号。如果循环次数是变量信号，则循环次数是开始执行 repeat 循环时变量信号的值。即便执行期间，循环次数代表的变量信号值发生了变化，repeat 执行次数也不会改变。

下面 repeat 循环例子，实现了与 while 循环中的例子一样的效果。

// repeat 循环语句
reg [3:0]    counter3 ;
initial begin
    counter3 = 'b0 ;
    repeat (11) begin  //重复11次
        #10 ;
        counter3 = counter3 + 1'b1 ;
    end
end

下面 repeat 循环例子，实现了连续存储 8 个数据的功能:

always @(posedge clk or negedge rstn) begin
    j = 0  ;
    if (!rstn) begin
        repeat (8) begin
            buffer[j]   <= 'b0 ;      //没有延迟的赋值，即同时赋值为0
            j = j + 1 ;
        end
    end
    else if (enable) begin
        repeat (8) begin
            @(posedge clk) buffer[j]    <= counter3 ;       //在下一个clk的上升沿赋值
            j = j + 1 ;
        end
     end
end

真结果如下图。

由图可知，rstn 拉高时，buffer 的 8 个向量同时赋值为 0。

第二个时钟周期后，buffer 依次被 counter3 赋值，实现了连续存储 8 个数据的功能。

forever 循环

forever 循环语法格式如下：

forever begin
    …
end

forever 语句表示永久循环，不包含任何条件表达式，一旦执行便无限的执行下去，系统函数 $finish 可退出 forever。

forever 相当于 while(1) 。

通常，forever 循环是和时序控制结构配合使用的。

例如，使用 forever 语句产生一个时钟：

reg          clk ;
initial begin
    clk       = 0 ;
    forever begin
        clk = ~clk ;
        #5 ;
    end
end

例如，使用 forever 语句实现一个时钟边沿控制的寄存器间数据传输功能：

reg    clk ;
reg    data_in, data_temp ;
initial begin
    forever @(posedge clk)      data_temp = data_in ;
end

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