Verilog初级教程（17）Verilog中的case语句

文章目录

前言
正文

语法
例子
硬件原理图
case与if-else有什么不同？

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前言

case语句检查给定的表达式是否与列表中的其他表达式之一相匹配，并据此进行分支。它通常用于实现一个多路复用器。

如果要检查的条件很多，if-else结构可能不合适，因为它会综合成一个优先编码器而不是多路复用器。

正文

语法

一个Verilog case语句以case关键字开始，以endcase关键字结束。在括弧内的表达式将被精确地评估一次，并按其编写顺序与备选方案列表进行比较，与给定表达式匹配的备选方案的语句将被执行。一块多条语句必须分组，并在 begin 和 end 范围内。

// Here 'expression' should match one of the items (item 1,2,3 or 4)
case (<expression>)
	case_item1 : 	<single statement>
	case_item2,
	case_item3 : 	<single statement>
	case_item4 : 	begin
	          			<multiple statements>
	        			end
	default 	 : <statement>
endcase

如果所有的case项都不符合给定的表达式，则执行缺省项内的语句，缺省语句是可选的，在case语句中只能有一条缺省语句。case语句可以嵌套。

如果没有符合表达式的项目，也没有给出缺省语句，执行将不做任何事情就退出case块。

例子

下图所示的设计模块有一个2位选择信号，用于将其他三个3位输入中的一个信号连接到被调用的输出信号。根据sel的值，用case语句将正确的输入分配到输出。由于sel是一个2位信号，它可以有2^2种组合，从0到3。如果sel为3，默认语句有助于将输出设置为0。

module my_mux (input       [2:0] 	a, b, c, 		// Three 3-bit inputs
                           [1:0]	sel, 			  // 2-bit select signal to choose from a, b, c
               output reg  [2:0] 	out); 			// Output 3-bit signal

  // This always block is executed whenever a, b, c or sel changes in value
  always @ (a, b, c, sel) begin
    case(sel)
      2'b00    : out = a; 		// If sel=0, output is a
      2'b01    : out = b; 		// If sel=1, output is b
      2'b10    : out = c; 		// If sel=2, output is c
      default  : out = 0; 		// If sel is anything else, out is always 0
    endcase
  end
endmodule

硬件原理图

通过对rtl代码进行RTL分析，得到一个表示4比1多路复用器的硬件原理图。

硬件原理图

请看，当sel为3时，输出为零，sel为其他值时也有对应的输入。

在case语句中，只有当表达式中的每个位都与包括0、1、x和z在内的备选方案之一相匹配时，比较才会成功。在上图所示的例子中，如果sel中的任何位是x或z，默认语句将被执行，因为其他备选方案都不匹配。在这种情况下，输出将全部为0。

我们可以做下简单的仿真：

  reg  [2:0] a, b, c;
  reg  [1:0] sel;
  wire [2:0] out;
  
  my_mux 	m0 ( .a(a),
                .b(b),
                .c(c),
                .sel(sel),
                .out(out));
  initial begin
    $monitor ("[%0t] a=0x%0h b=0x%0h c=0x%0h sel=0b%b out=0x%0h", $time, a, b, c, sel, out);
    for (int i = 0; i < 10; i = i+1) begin
      a <= $random;
      b <= $random;
      c <= $random;
      sel <= $random;
      #10;
    end
  end

[0] a=0x4 b=0x1 c=0x1 sel=0bxx out=0x0
[10] a=0x3 b=0x5 c=0x5 sel=0bzx out=0x0
[20] a=0x5 b=0x2 c=0x1 sel=0bxx out=0x0
[30] a=0x5 b=0x6 c=0x5 sel=0bzx out=0x0
[40] a=0x5 b=0x4 c=0x1 sel=0bxz out=0x0
[50] a=0x6 b=0x5 c=0x2 sel=0bxz out=0x0
[60] a=0x5 b=0x7 c=0x2 sel=0bzx out=0x0
[70] a=0x7 b=0x2 c=0x6 sel=0bzz out=0x0
[80] a=0x0 b=0x5 c=0x4 sel=0bxx out=0x0
[90] a=0x5 b=0x5 c=0x5 sel=0bxz out=0x0

如果设计中的案例语句中案例项备选有x和z，结果就会大不相同。

module my_mux (input  		[2:0] 	a, b, c,
													[1:0]		sel,
							output reg	[2:0] 	out);

  // Case items have x and z and sel has to match the exact value for
  // output to be assigned with the corresponding input
  always @ (a, b, c, sel) begin
    case(sel)
      2'bxz			:	out = a;
      2'bzx			:	out = b;
      2'bxx			:	out = c;
      default 	:	out = 0;
    endcase
  end
endmodule

结果为：

[0] a=0x4 b=0x1 c=0x1 sel=0bxx out=0x1
[10] a=0x3 b=0x5 c=0x5 sel=0bzx out=0x5
[20] a=0x5 b=0x2 c=0x1 sel=0bxx out=0x1
[30] a=0x5 b=0x6 c=0x5 sel=0bzx out=0x6
[40] a=0x5 b=0x4 c=0x1 sel=0bxz out=0x5
[50] a=0x6 b=0x5 c=0x2 sel=0bxz out=0x6
[60] a=0x5 b=0x7 c=0x2 sel=0bzx out=0x7
[70] a=0x7 b=0x2 c=0x6 sel=0bzz out=0x0
[80] a=0x0 b=0x5 c=0x4 sel=0bxx out=0x4
[90] a=0x5 b=0x5 c=0x5 sel=0bxz out=0x5