Verilog HDL數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用-05行為描述(一)：模塊基本結(jié)構(gòu)

第5章行為描述(一)：模塊基本結(jié)構(gòu)5.1行為描述的結(jié)構(gòu)5.2語(yǔ)句塊5.1行為描述的結(jié)構(gòu)模塊采用行為描述方式時(shí)的基本語(yǔ)法格式如下:module

<模塊名>(<端口列表>)模塊端口說(shuō)明參數(shù)定義(可選)數(shù)據(jù)類(lèi)型說(shuō)明過(guò)程塊(initial過(guò)程塊或always過(guò)程塊，可有一個(gè)或多個(gè))連續(xù)賦值語(yǔ)句；任務(wù)定義(task)(可選)函數(shù)定義(function)(可選)endmodule其中：端口列表中可以有單個(gè)或多個(gè)輸入、輸出或雙向端口；這些端口類(lèi)型要在“模塊端口說(shuō)明”部分進(jìn)行類(lèi)型說(shuō)明。參數(shù)定義用關(guān)鍵詞parameter實(shí)現(xiàn)，如果模塊定義了參數(shù)，那么該模塊的每個(gè)實(shí)例可以對(duì)該參數(shù)進(jìn)行重新定義，使得該參數(shù)值對(duì)每一個(gè)具體實(shí)例是惟一的。數(shù)據(jù)類(lèi)型說(shuō)明用來(lái)對(duì)模塊中用到的各類(lèi)變量類(lèi)型進(jìn)行說(shuō)明，如果某個(gè)變量沒(méi)有進(jìn)行數(shù)據(jù)類(lèi)型說(shuō)明，則它的類(lèi)型缺省為連線(xiàn)類(lèi)型(wire)。過(guò)程塊是由過(guò)程語(yǔ)句initial或always開(kāi)頭的一個(gè)語(yǔ)句塊，根據(jù)這兩個(gè)不同的關(guān)鍵詞，過(guò)程塊可以被分為“initial過(guò)程塊”和“always過(guò)程塊”兩種類(lèi)型。過(guò)程塊中包含一條或多條行為語(yǔ)句，過(guò)程塊是行為描述的主要組成部分。連續(xù)賦值語(yǔ)句是由關(guān)鍵詞assign來(lái)標(biāo)識(shí)的一種賦值語(yǔ)句，它只能對(duì)連線(xiàn)型類(lèi)型(net類(lèi)型)變量進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，它和語(yǔ)句塊一樣也是一種行為描述語(yǔ)句。在下一章討論過(guò)程賦值語(yǔ)句時(shí)我們將對(duì)連續(xù)賦值語(yǔ)句一并進(jìn)行討論。任務(wù)定義和函數(shù)定義部分都是可選的，它們引入的目的是為了描述模塊中被多次執(zhí)行的部分以及為了增強(qiáng)代碼的易讀性。上面列出的各個(gè)模塊組成項(xiàng)可以以任意次序出現(xiàn)，但是端口說(shuō)明和數(shù)據(jù)類(lèi)型說(shuō)明必須出現(xiàn)在這些端口和數(shù)據(jù)被引用之前。與第2章中描述的模塊的一般格式定義相比，我們可以看出：在進(jìn)行行為描述時(shí)，模塊內(nèi)不能出現(xiàn)模塊實(shí)例和原語(yǔ)實(shí)例語(yǔ)句(包括用戶(hù)自定義原語(yǔ)實(shí)例)，模塊內(nèi)只能存在過(guò)程塊(initial過(guò)程塊和always過(guò)程塊)、連續(xù)賦值語(yǔ)句、任務(wù)定義(task)和函數(shù)定義(function)這四種結(jié)構(gòu)成分。對(duì)電路進(jìn)行行為描述主要是通過(guò)過(guò)程塊和連續(xù)賦值語(yǔ)句來(lái)進(jìn)行的，任務(wù)和函數(shù)的使用也需要在過(guò)程塊或連續(xù)賦值語(yǔ)句中進(jìn)行調(diào)用。本章以及第6、7章將對(duì)這幾種結(jié)構(gòu)成分進(jìn)行介紹。一個(gè)行為描述模塊中可以同時(shí)包含多個(gè)過(guò)程塊和多個(gè)連續(xù)賦值語(yǔ)句，這些組成成分將以并行方式各自獨(dú)立地執(zhí)行；行為描述模塊也可以只包含過(guò)程塊或者只包含連續(xù)賦值語(yǔ)句。5.1.1過(guò)程塊每個(gè)過(guò)程塊是由“過(guò)程語(yǔ)句(initial或always)”和語(yǔ)句塊所組成的，而語(yǔ)句塊主要是由過(guò)程性賦值語(yǔ)句(包括“過(guò)程賦值語(yǔ)句”和“過(guò)程連續(xù)賦值語(yǔ)句”)和高級(jí)程序語(yǔ)句(包括“條件分支語(yǔ)句”和“循環(huán)控制語(yǔ)句”)這兩種行為語(yǔ)句構(gòu)成的。過(guò)程塊具有如下特點(diǎn)：

(1)在行為描述模塊中出現(xiàn)的每個(gè)過(guò)程塊(always過(guò)程塊或initial過(guò)程塊)都代表一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程。

(2)在進(jìn)行仿真時(shí)，所有initial過(guò)程塊和always過(guò)程塊的執(zhí)行都是從0時(shí)刻開(kāi)始并行地進(jìn)行的。

(3)每一個(gè)過(guò)程塊內(nèi)部的多條語(yǔ)句的執(zhí)行方式可以是順序執(zhí)行的(當(dāng)塊定義語(yǔ)句為begin-end時(shí)的情況)，也可以是并行執(zhí)行的(塊定義語(yǔ)句為fork-join時(shí)的情況)。

(4)?always過(guò)程塊和initial過(guò)程塊都是不能嵌套使用的。比如下例5-1就是錯(cuò)誤的。

【例5-1】錯(cuò)例：嵌套的過(guò)程塊。modulenested_procedural_block(a,b,c)；inputa,b；outputc；reg

a,b,c；initial//initial過(guò)程塊1beginc=a；initial//嵌套在initial過(guò)程塊1內(nèi)部的initial過(guò)程塊2beginc=b；endendendmodule5.1.2intial過(guò)程塊

initial過(guò)程塊是由過(guò)程語(yǔ)句“initial”和語(yǔ)句塊組成的，它的格式為：initial語(yǔ)句塊而“語(yǔ)句塊”的格式為：<塊定義語(yǔ)句1>:<塊名>塊內(nèi)局部變量說(shuō)明；時(shí)間控制1行為語(yǔ)句1；……時(shí)間控制n

行為語(yǔ)句n；<塊定義語(yǔ)句2>在如上所示的格式中：

(1)過(guò)程語(yǔ)句關(guān)鍵詞initial表明了該過(guò)程塊是一個(gè)“initial過(guò)程塊”。

(2)＜?jí)K定義語(yǔ)句1＞和＜?jí)K定義語(yǔ)句2＞構(gòu)成了一組塊定義語(yǔ)句，它們可以是“begin，end”語(yǔ)句組或“fork，join”語(yǔ)句組。這兩條塊定義語(yǔ)句將它們之間的多條行為語(yǔ)句組合在一起，使之構(gòu)成一個(gè)語(yǔ)句塊，并使其在格式上更像一條語(yǔ)句。當(dāng)語(yǔ)句塊中只包含一條行為語(yǔ)句并且不需要定義塊名和塊內(nèi)局部變量時(shí)，這兩條塊定義語(yǔ)句可以缺省。

(3)<塊名>為可選項(xiàng)，塊名可以為語(yǔ)句塊創(chuàng)建一個(gè)局部作用域。定義了塊名的過(guò)程塊稱(chēng)為“有名塊”，在有名塊中可以定義局部變量，有名塊內(nèi)部語(yǔ)句的執(zhí)行可以被disable語(yǔ)句中斷。

(4)塊內(nèi)局部變量說(shuō)明也是可選項(xiàng)，只有在有名塊中才能定義局部變量，并且塊內(nèi)局部變量只能是寄存器類(lèi)數(shù)據(jù)類(lèi)型。

(5)時(shí)間控制用來(lái)對(duì)過(guò)程塊內(nèi)各條語(yǔ)句的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行控制。它可以是任何一種時(shí)間控制方式。關(guān)于時(shí)間控制我們將在第6章進(jìn)行詳細(xì)討論。

(6)行為語(yǔ)句可以是如下語(yǔ)句中的一種：

?過(guò)程賦值語(yǔ)句(阻塞型或非阻塞型過(guò)程賦值語(yǔ)句)。

?過(guò)程連續(xù)賦值語(yǔ)句(assign/deassign或force/release語(yǔ)句組)。

if條件分支語(yǔ)句。

case條件分支語(yǔ)句。

?循環(huán)控制語(yǔ)句(forever，repeat，while，for循環(huán)控制語(yǔ)句)。

wait等待語(yǔ)句。

disable中斷語(yǔ)句。

?事件觸發(fā)語(yǔ)句(event_trigger)。

?任務(wù)調(diào)用語(yǔ)句(用戶(hù)自定義的任務(wù)或系統(tǒng)任務(wù))我們可以將上面的這些行為語(yǔ)句分成三類(lèi)：過(guò)程性賦值語(yǔ)句、高級(jí)程序語(yǔ)句和時(shí)間控制語(yǔ)句。其中過(guò)程性賦值語(yǔ)句和高級(jí)程序語(yǔ)句是過(guò)程塊的基本組成部分。要注意上面列出的行為語(yǔ)句只能對(duì)寄存器類(lèi)數(shù)據(jù)變量進(jìn)行賦值(除force/release過(guò)程連續(xù)賦值語(yǔ)句以外)。在進(jìn)行仿真時(shí)，一個(gè)initial過(guò)程塊從模擬0時(shí)刻開(kāi)始執(zhí)行，它在仿真過(guò)程中只執(zhí)行一次，在執(zhí)行完一次后該initial過(guò)程塊就被掛起，不再執(zhí)行。如果一個(gè)模塊中存在多個(gè)initial過(guò)程塊，則每個(gè)initial過(guò)程塊都是同時(shí)從0時(shí)刻開(kāi)始并行執(zhí)行的。initial過(guò)程塊內(nèi)的多條行為語(yǔ)句可以是順序執(zhí)行(語(yǔ)句塊是begin-end串行塊時(shí))的，也可以是并行執(zhí)行(語(yǔ)句塊是fork-join并行塊時(shí))的。

initial過(guò)程塊的使用主要是面向功能模擬的，它通常不具有可綜合性。initial過(guò)程塊通常用來(lái)描述測(cè)試模塊的初始化、監(jiān)視、波形生成等功能行為；而在對(duì)硬件功能模塊的行為描述中，initial過(guò)程塊常常用來(lái)對(duì)只需執(zhí)行一次的進(jìn)程進(jìn)行描述，例如它可以用來(lái)為寄存器變量賦初值。

【例5-2】initial過(guò)程塊用于對(duì)變量和存儲(chǔ)器進(jìn)行初始化。moduleregister_initialize(memory)；inout

areg；inoutmemory；parameterSIZE=1024；parameterBYTESIZE=8；reg[BYTESIZE-1:0]memory[SIZE-1:0]；initial//initial過(guò)程語(yǔ)句begin:SEQ_BLK_A//塊定義語(yǔ)句，SEQ_BLK_A為塊名integer:index

；//計(jì)數(shù)變量，為塊中的一個(gè)局部變量for(index=0；index<SIZE；index=index+1)memory[index]=0；//對(duì)存儲(chǔ)器memory進(jìn)行初始化areg=0；//對(duì)寄存器areg進(jìn)行初始化end//塊結(jié)束標(biāo)志endmodule這個(gè)例子的作用是用initial語(yǔ)句在仿真的開(kāi)始時(shí)刻對(duì)寄存器變量和存儲(chǔ)器進(jìn)行賦零值操作，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)變量的初始化。例5-2中的串行塊被定義了一個(gè)塊名“SEQ_BLK_A”，這是由于為了循環(huán)計(jì)數(shù)需要定義局部變量index，而只有當(dāng)串行語(yǔ)句塊為有名塊時(shí)才能在塊中定義局部變量，所以上例中的塊名定義不能缺省。initial過(guò)程塊中包含了一個(gè)begin-end串行語(yǔ)句塊。所以對(duì)存儲(chǔ)器的賦值操作將先于對(duì)寄存器的賦值操作進(jìn)行。這個(gè)initial過(guò)程塊在0ns時(shí)開(kāi)始執(zhí)行，并且由于串行塊中for循環(huán)控制語(yǔ)句和過(guò)程賦值語(yǔ)句都沒(méi)有指定時(shí)延，所以對(duì)存儲(chǔ)器和寄存器的賦值操作都是在0時(shí)刻開(kāi)始和完成的。在完成對(duì)寄存器的賦值操作后，initial過(guò)程塊中所有的語(yǔ)句都已執(zhí)行完畢，所以initial過(guò)程塊將結(jié)束執(zhí)行，并且將被永遠(yuǎn)掛起不再重新執(zhí)行。

【例5-3】initial過(guò)程塊用于為電路仿真生成激勵(lì)波形。initialbegininputs=‘b000000； //初始時(shí)刻為0#10inputs=‘b011001； //10個(gè)時(shí)間單位后取值改變#20inputs=‘b011011； //20個(gè)時(shí)間單位后取值改變#5inputs=‘b011000； //5個(gè)時(shí)間單位后取值改變#10inputs=‘b001000； //20個(gè)時(shí)間單位后取值改變end在例5-3中，我們用initial過(guò)程塊來(lái)生成特定的電路仿真激勵(lì)信號(hào)，和例5-2中的情況一樣，initial語(yǔ)句包含了一個(gè)串行塊。但是在此例中begin-end串行塊內(nèi)的語(yǔ)句是帶有時(shí)延的，假定initial語(yǔ)句從t=0時(shí)刻開(kāi)始執(zhí)行，那么首先執(zhí)行第一條賦值語(yǔ)句，在t=0時(shí)刻input的值變?yōu)?b000000；由于第二條賦值語(yǔ)句帶有延時(shí)控制，所以第二條語(yǔ)句的執(zhí)行是在第一條語(yǔ)句執(zhí)行結(jié)束10個(gè)單位時(shí)間后(即在t=10時(shí)刻)開(kāi)始的，在t=10時(shí)刻input的值變?yōu)?b011001；然后再等待20個(gè)單位時(shí)間后開(kāi)始第三條賦值語(yǔ)句的執(zhí)行，依次類(lèi)推可以知道input取值的變化情況將如表5.1所示。當(dāng)?shù)谖鍡l賦值語(yǔ)句執(zhí)行完畢后(t=45時(shí)刻)，initial過(guò)程塊中所有語(yǔ)句已全部執(zhí)行完，仿真進(jìn)程跳出initial過(guò)程塊，initial語(yǔ)句被永遠(yuǎn)掛起。5.1.3always過(guò)程塊

always過(guò)程塊是由“always”過(guò)程語(yǔ)句和語(yǔ)句塊組成的，它的格式為：always@(敏感事件列表)語(yǔ)句塊其中“語(yǔ)句塊”的格式為：<塊定義語(yǔ)句1>:<塊名>塊內(nèi)局部變量說(shuō)明；時(shí)間控制1行為語(yǔ)句1；……時(shí)間控制n

行為語(yǔ)句n；<塊定義語(yǔ)句2>

(1)關(guān)鍵詞always表明了該過(guò)程塊是一個(gè)“always過(guò)程塊”。

(2)?@(敏感事件列表)是可選項(xiàng)，帶有敏感事件列表的語(yǔ)句塊被稱(chēng)為“由事件控制的語(yǔ)句塊”，它的執(zhí)行要受敏感事件的控制。(敏感事件列表)的形式為：(event-expression[orevent-expression*])敏感事件列表是由一個(gè)或多個(gè)事件表達(dá)式(event-expression)構(gòu)成的，當(dāng)存在多個(gè)事件表達(dá)式時(shí)要用or將它們組合起來(lái)。or用來(lái)說(shuō)明：只要發(fā)生了敏感事件列表所列出的多個(gè)事件中的任何一個(gè)，就將啟動(dòng)后面語(yǔ)句塊的執(zhí)行。敏感事件列表實(shí)際上代表了一個(gè)事件控制類(lèi)型的時(shí)間控制。我們將在第6章進(jìn)一步討論時(shí)間控制、事件控制和敏感事件列表。

(3)?always過(guò)程塊中關(guān)于<塊定義語(yǔ)句>的規(guī)定和initial過(guò)程塊中的情況一樣，它們可以是“begin-end”語(yǔ)句組或“fork-join”語(yǔ)句組，由這兩組語(yǔ)句組組合成的語(yǔ)句塊分別稱(chēng)為串行塊和并行塊。當(dāng)過(guò)程塊中只包含一條語(yǔ)句且不需定義塊名與塊內(nèi)局部變量時(shí)，塊定義語(yǔ)句可以缺省。

(4)?<塊名>為可選項(xiàng)，對(duì)它的規(guī)定與initial過(guò)程塊中的情況一樣。定義了塊名的過(guò)程塊稱(chēng)為有名塊。

(5)塊內(nèi)局部變量是可選項(xiàng)，對(duì)它的規(guī)定與initial過(guò)程塊中的情況一樣。只有在有名塊中才能定義局部變量，塊內(nèi)局部變量只能是寄存器類(lèi)數(shù)據(jù)類(lèi)型；

(6)時(shí)間控制用來(lái)對(duì)過(guò)程塊內(nèi)各條語(yǔ)句的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行控制。其作用與initial過(guò)程塊中的“時(shí)間控制”部分的作用是相同的。

(7)對(duì)“行為語(yǔ)句”的規(guī)定與上一小節(jié)中initial過(guò)程塊中的情況相同。從上面的格式定義可以看出，always過(guò)程塊和initial過(guò)程塊在格式上的區(qū)別主要在于：always過(guò)程語(yǔ)句后面可以有一個(gè)敏感事件列表，該敏感事件列表的作用是用來(lái)激活always過(guò)程語(yǔ)句的執(zhí)行，而initial過(guò)程語(yǔ)句的后面則不允許有敏感事件列表。在進(jìn)行仿真時(shí)，和initial過(guò)程塊一樣，always過(guò)程塊是從模擬0時(shí)刻開(kāi)始執(zhí)行的。但是always語(yǔ)句在仿真過(guò)程中是不斷重復(fù)執(zhí)行的，而不像initial過(guò)程塊中的語(yǔ)句那樣在執(zhí)行一次后就被掛起，不會(huì)再次被執(zhí)行。并且always過(guò)程塊內(nèi)各條語(yǔ)句的真正執(zhí)行必須由敏感事件列表中列出的事件進(jìn)行觸發(fā)才能啟動(dòng)。如果always過(guò)程塊中的敏感事件列表缺省，則認(rèn)為觸發(fā)條件始終被滿(mǎn)足，always過(guò)程塊將無(wú)條件地循環(huán)執(zhí)行下去，直到遇到$finish或$stop系統(tǒng)任務(wù)為止。敏感事件列表由一個(gè)或多個(gè)“事件表達(dá)式(event-expression)”構(gòu)成，事件表達(dá)式說(shuō)明了啟動(dòng)塊內(nèi)語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)的觸發(fā)條件。當(dāng)存在多個(gè)事件表達(dá)式時(shí)要用關(guān)鍵詞or將多個(gè)觸發(fā)條件組合起來(lái)。Verilog規(guī)定：只要這些事件表達(dá)式所代表的多個(gè)觸發(fā)條件中有一個(gè)成立，就啟動(dòng)塊內(nèi)語(yǔ)句的執(zhí)行。例如，在語(yǔ)句：always@(aorborc)；begin……end中，always過(guò)程塊的多個(gè)事件表達(dá)式分別是信號(hào)a，b和c，它們代表的觸發(fā)條件分別是信號(hào)a，b，c發(fā)生變化，這三個(gè)事件表達(dá)式之間以關(guān)鍵詞or分隔，這時(shí)只要其中一個(gè)觸發(fā)條件被滿(mǎn)足，也就是只要信號(hào)a，b，c中有一個(gè)的值發(fā)生變化，begin-end語(yǔ)句塊的執(zhí)行就被觸發(fā)。而如果信號(hào)a，b，c的值都沒(méi)有發(fā)生變化，則任何一個(gè)觸發(fā)條件都沒(méi)有被滿(mǎn)足，begin-end語(yǔ)句塊中的語(yǔ)句不被執(zhí)行；此時(shí)由于always過(guò)程語(yǔ)句的重復(fù)執(zhí)行的特點(diǎn)，仿真進(jìn)程將不斷地對(duì)觸發(fā)條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，等待a，b，c信號(hào)發(fā)生變化。

always過(guò)程塊的使用主要是對(duì)硬件功能模塊的行為進(jìn)行描述，它也可以在測(cè)試模塊中用來(lái)對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行描述。利用always過(guò)程塊可以實(shí)現(xiàn)鎖存器和觸發(fā)器，它也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)組合邏輯。在用always過(guò)程塊實(shí)現(xiàn)組合邏輯時(shí)要注意將所有的輸入信號(hào)都列入敏感事件列表中，而在用always過(guò)程塊實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯時(shí)卻不一定要將所有的輸入信號(hào)都列入敏感事件列表。敏感事件列表中未包含所有輸入信號(hào)的情況稱(chēng)為“不完整事件說(shuō)明(IncompleteEventSpecification)”?！安煌暾录f(shuō)明”情況在仿真時(shí)可能會(huì)引起模擬器的誤解。我們可以通過(guò)如下兩個(gè)例子來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。

【例5-4】敏感事件列表中未包含所有輸入信號(hào)的情況。modulethree_input_and(f,a,b,c)；outputf；inputa,b,c；regf；always@(aorb)beginf=a&b&c；endendmodule例5-4描述了一個(gè)3輸入與門(mén)，由于輸入c沒(méi)有出現(xiàn)在敏感事件列表中，所以仿真時(shí)當(dāng)輸入信號(hào)c發(fā)生變化時(shí)不會(huì)重新計(jì)算f值。所以仿真得到的功能并不是一個(gè)3輸入與門(mén)的功能行為，而正確實(shí)現(xiàn)3輸入與門(mén)應(yīng)該采用例5-5所示的描述方式。

【例5-5】敏感事件列表中包含了所有的輸入信號(hào)。modulethree_input_and(f,a,b,c)；outputf；inputa,b,c；regf；always@(aorborc)beginf=a&b&c；endendmodule在使用always過(guò)程塊時(shí)還要注意避免引起仿真死鎖狀態(tài)的發(fā)生。因?yàn)閍lways語(yǔ)句有重復(fù)循環(huán)執(zhí)行的特性，所以當(dāng)敏感事件列表缺省時(shí)，語(yǔ)句塊將一直循環(huán)執(zhí)行下去，這就有可能在仿真時(shí)產(chǎn)生仿真死鎖情況，如例5-6給出的語(yǔ)句所示。

【例5-6】不恰當(dāng)使用always語(yǔ)句而產(chǎn)生仿真死鎖情況的例子。alwaysbeginclk=~clk；end上例中的always語(yǔ)句不帶有敏感事件列表，所以begin-end語(yǔ)句塊的執(zhí)行是無(wú)條件循環(huán)進(jìn)行的，這樣當(dāng)仿真進(jìn)程進(jìn)行到該always過(guò)程塊后(假設(shè)為t0時(shí)刻)，將開(kāi)始重復(fù)執(zhí)行塊中語(yǔ)句“clk=～clk；”，由于該語(yǔ)句沒(méi)有時(shí)間控制部分，該語(yǔ)句每次執(zhí)行都不需要時(shí)延，這樣仿真進(jìn)程將停留在t0時(shí)刻不斷地循環(huán)執(zhí)行這條語(yǔ)句。這時(shí)，仿真就不能往下一時(shí)刻繼續(xù)進(jìn)行，這就進(jìn)入了一種仿真死鎖狀態(tài)。如果例5-6中的語(yǔ)句能加上延時(shí)控制，則該always語(yǔ)句將變?yōu)橐粭l非常有用的描述語(yǔ)句(見(jiàn)例5-7)。

【例5-7】對(duì)例5－6的改進(jìn)。alwaysbegin#50clk=~clk；end例5-7中的賦值語(yǔ)句帶有50個(gè)單位時(shí)間的時(shí)延，這樣每一次該賦值語(yǔ)句被執(zhí)行的時(shí)刻是不同的，彼此間隔50個(gè)單位時(shí)間。所以循環(huán)就不是停留在t0時(shí)刻，而是往前推進(jìn)的。例5-7可以生成一個(gè)周期為100的無(wú)限延續(xù)的信號(hào)波形。5.2語(yǔ)句塊語(yǔ)句塊就是在“initial過(guò)程塊”或“always過(guò)程塊”中位于過(guò)程語(yǔ)句(initial語(yǔ)句或always語(yǔ)句)后面的，由“塊定義語(yǔ)句1”和“塊定義語(yǔ)句2”所界定的一組行為語(yǔ)句?！皦K定義語(yǔ)句1”和“塊定義語(yǔ)句2”構(gòu)成了一對(duì)“塊定義語(yǔ)句”。塊定義語(yǔ)句分成兩種：

一種是“begin-end”語(yǔ)句組，它們用來(lái)組合需要順序執(zhí)行的語(yǔ)句，由“begin-end”語(yǔ)句組標(biāo)識(shí)的語(yǔ)句塊稱(chēng)為“串行塊”。

另一種是“fork-join”語(yǔ)句組，它們用來(lái)組合需要并行執(zhí)行的語(yǔ)句。由“fork-join”語(yǔ)句組標(biāo)識(shí)的語(yǔ)句塊稱(chēng)為“并行塊”?！皦K定義語(yǔ)句1”(begin或fork語(yǔ)句)標(biāo)識(shí)了語(yǔ)句塊的開(kāi)始，“塊定義語(yǔ)句2”(end或join語(yǔ)句)則標(biāo)識(shí)著語(yǔ)句塊的結(jié)束。當(dāng)語(yǔ)句塊內(nèi)只包含一條語(yǔ)句時(shí)塊定義語(yǔ)句可以缺省。如果在定義語(yǔ)句塊的同時(shí)還引入了一個(gè)塊名，則該語(yǔ)句塊可以由這個(gè)塊名惟一標(biāo)識(shí)，該語(yǔ)句塊被稱(chēng)為一個(gè)“有名塊”。在有名塊內(nèi)可以定義內(nèi)部寄存器變量，并且可以用“disable”中斷語(yǔ)句來(lái)中斷有名塊內(nèi)語(yǔ)句的執(zhí)行。同時(shí)語(yǔ)句塊的塊名還提供了惟一標(biāo)識(shí)寄存器的一種方法。語(yǔ)句塊只能出現(xiàn)在行為描述模塊中，但它不必非得出現(xiàn)在與過(guò)程語(yǔ)句initial或always的結(jié)合中，后面我們可以看到：在高級(jí)程序語(yǔ)句中以及任務(wù)和函數(shù)中都可以出現(xiàn)語(yǔ)句塊結(jié)構(gòu)。5.2.1串行塊(begin-end塊)串行塊的塊定義語(yǔ)句為“begin，end”，串行塊中的各條語(yǔ)句按串行方式順序執(zhí)行。串行塊的格式如下：begin

:<塊名>塊內(nèi)局部變量說(shuō)明時(shí)間控制1行為語(yǔ)句1……時(shí)間控制n

行為語(yǔ)句nend其中，“塊內(nèi)局部變量說(shuō)明”可以是reg型變量聲明語(yǔ)句、integer型變量聲明語(yǔ)句及real型變量聲明語(yǔ)句。串行塊執(zhí)行時(shí)的特點(diǎn)如下：

(1)串行塊內(nèi)的各條語(yǔ)句是按它們?cè)趬K內(nèi)出現(xiàn)的次序逐條順序執(zhí)行的，當(dāng)前面一條語(yǔ)句執(zhí)行完畢后下一條語(yǔ)句才能開(kāi)始執(zhí)行。

(2)塊中每條語(yǔ)句中的延時(shí)控制都是相對(duì)于前一條語(yǔ)句結(jié)束時(shí)刻的延時(shí)控制。

(3)在進(jìn)行仿真時(shí)，當(dāng)遇到串行塊時(shí)，塊中第一條語(yǔ)句隨即就開(kāi)始執(zhí)行；當(dāng)串行塊中最后一條語(yǔ)句執(zhí)行完畢時(shí)，程序流程控制就跳出串行塊，串行塊結(jié)束執(zhí)行。整個(gè)串行塊的執(zhí)行時(shí)間等于其內(nèi)部各條語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)間的總和。下面給出串行語(yǔ)句塊的幾個(gè)例子。

【例5-8】一個(gè)時(shí)鐘上升沿控制的三位移位寄存器。moduleThree_bit_shift_register(clk，d_in，d_out)；inputclk；inputd_in；outputd_out；reg

reg_a,reg_b,d_out；always@(posedge

clk)begind_out=reg_b；reg_b=reg_a；reg_a=d_in；endendmodule在例5-8的代碼內(nèi)包含了一個(gè)begin-end串行塊，它屬于always過(guò)程塊的一部分。時(shí)鐘的上升沿跳變將觸發(fā)串行塊的執(zhí)行：第一條賦值語(yǔ)句首先執(zhí)行，將reg_b的值賦給寄存器d_out；執(zhí)行完第一條語(yǔ)句后，程序流程控制轉(zhuǎn)到第二條語(yǔ)句，開(kāi)始執(zhí)行第二條語(yǔ)句，將reg_a的值賦給reg_b；然后執(zhí)行第三條語(yǔ)句，將輸入d_in值賦給reg_a；在執(zhí)行完第三條語(yǔ)句(串行塊中的最后一條語(yǔ)句)后，程序流程跳出串行塊，串行塊結(jié)束執(zhí)行。下面是一個(gè)塊內(nèi)語(yǔ)句帶有延時(shí)的情況。

【例5-9】由帶有延時(shí)控制的語(yǔ)句組成的串行塊，用于產(chǎn)生時(shí)序波形。modulesequential_signal_gen(d_out)；outputd_out；reg

d_out；initialbegind_out=0；#1d_out=1；#2d_out=0；#3d_out=1；#4d_out=0；endendmodule例5-9中的begin-end串行塊屬于initial過(guò)程塊的一部分。塊中語(yǔ)句執(zhí)行過(guò)程如下：

(1)在仿真開(kāi)始后(t=0時(shí)刻)串行塊就開(kāi)始執(zhí)行，首先執(zhí)行第一條語(yǔ)句，第一條語(yǔ)句執(zhí)行完時(shí)也就是在0時(shí)刻d_out值變?yōu)?。

(2)然后開(kāi)始執(zhí)行第二條語(yǔ)句，由于第二條賦值語(yǔ)句帶有1個(gè)單位時(shí)間的延時(shí)，所以直到第一條語(yǔ)句結(jié)束1個(gè)單位時(shí)間后(t=1時(shí)刻)，第二條賦值語(yǔ)句才開(kāi)始執(zhí)行，d_out的值變?yōu)?。

(3)同樣，第三條賦值語(yǔ)句是在第二條語(yǔ)句結(jié)束2個(gè)單位時(shí)間后(t=3時(shí)刻)開(kāi)始執(zhí)行，d_out的值變?yōu)?。

(4)第四條賦值語(yǔ)句是在第三條語(yǔ)句結(jié)束3個(gè)單位時(shí)間后(t=6時(shí)刻)開(kāi)始執(zhí)行，d_out的值變?yōu)?。

(5)第五條賦值語(yǔ)句是在第四條語(yǔ)句結(jié)束4個(gè)單位時(shí)間后(t=10時(shí)刻)開(kāi)始執(zhí)行，d_out的值變?yōu)?。

(6)第五條賦值語(yǔ)句結(jié)束后，串行塊結(jié)束執(zhí)行。上例中串行語(yǔ)句塊執(zhí)行過(guò)程所產(chǎn)生的波形如圖5.1所示。圖5.1例5-9的執(zhí)行產(chǎn)生的波形5.2.2并行塊(fork-join塊)并行塊的塊定義語(yǔ)句為“fork，join”，并行塊中的多條語(yǔ)句是并行執(zhí)行的。并行塊的格式如下：fork:<塊名>塊內(nèi)局部變量說(shuō)明時(shí)間控制1行為語(yǔ)句1；……時(shí)間控制n

行為語(yǔ)句n；join其中，“塊內(nèi)局部變量說(shuō)明”可以是reg型變量聲明語(yǔ)句、integer型變量聲明語(yǔ)句、real型變量聲明語(yǔ)句、time型變量聲明語(yǔ)句及事件(event)聲明語(yǔ)句。并行塊執(zhí)行時(shí)的特點(diǎn)如下：

(1)并行塊內(nèi)各條語(yǔ)句是同時(shí)并行地執(zhí)行的，也就是說(shuō)當(dāng)程序流程控制進(jìn)入并行塊后，塊內(nèi)各條語(yǔ)句都各自獨(dú)立地同時(shí)開(kāi)始執(zhí)行。各條語(yǔ)句的起始執(zhí)行時(shí)間都等于程序流程控制進(jìn)入該并行塊的時(shí)間。

(2)塊內(nèi)各條語(yǔ)句中指定的延時(shí)控制都是相對(duì)于程序流程控制進(jìn)入并行塊的時(shí)刻的延時(shí)，也就是相對(duì)于并行塊開(kāi)始執(zhí)行時(shí)刻的延時(shí)。

(3)當(dāng)并行塊內(nèi)所有的語(yǔ)句都已經(jīng)執(zhí)行完畢后，也就是當(dāng)執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)的那一條塊內(nèi)語(yǔ)句結(jié)束執(zhí)行后，程序流程控制才跳出并行塊，結(jié)束并行塊的執(zhí)行。整個(gè)并行塊的執(zhí)行時(shí)間等于執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)的那條語(yǔ)句所需的執(zhí)行時(shí)間。下面給出并行塊的幾個(gè)例子。

【例5-10】用并行塊來(lái)產(chǎn)生時(shí)序波形。modulesequential_signal_gen(d_out)；outputd_out；reg

d_out；initialforkd_out=0；#1d_out=1；#2d_out=0；#3d_out=1；#4d_out=0；joinendmodule從例5-10與例5-9的比較中可以看出，它們兩者惟一的差別就是把塊定義語(yǔ)句由原來(lái)的串行塊定義語(yǔ)句“begin-end”改為這里的并行塊定義語(yǔ)句“fork-join”。但這一改變將導(dǎo)致語(yǔ)句塊的執(zhí)行過(guò)程與執(zhí)行結(jié)果都發(fā)生變化。在仿真開(kāi)始后(t=0時(shí)刻)initial過(guò)程語(yǔ)句隨即被執(zhí)行，并行塊隨后也開(kāi)始執(zhí)行(t=0時(shí)刻)，塊內(nèi)所有語(yǔ)句的執(zhí)行被同時(shí)啟動(dòng)：由于第一條賦值語(yǔ)句沒(méi)有時(shí)延，所以第一條語(yǔ)句的賦值操作也是在0時(shí)刻同時(shí)進(jìn)行的，使d_out取值變?yōu)?。由于第二條賦值語(yǔ)句帶有1個(gè)單位時(shí)間的延時(shí)，所以在并行塊開(kāi)始執(zhí)行1個(gè)單位時(shí)間后(t=1時(shí)刻)，第二條賦值語(yǔ)句對(duì)應(yīng)的賦值操作才真正得到執(zhí)行，將d_out的取值改變?yōu)?。同樣，第三條賦值語(yǔ)句對(duì)應(yīng)的賦值操作是在并行塊開(kāi)始執(zhí)行2個(gè)單位時(shí)間后(t=2時(shí)刻)才進(jìn)行的，將d_out取值變?yōu)?；第四條賦值語(yǔ)句對(duì)應(yīng)的賦值操作是在并行塊開(kāi)始執(zhí)行3個(gè)單位時(shí)間后(t=3時(shí)刻)才進(jìn)行的，將d_out取值變?yōu)?；第五條賦值語(yǔ)句對(duì)應(yīng)的賦值操作是在并行塊開(kāi)始執(zhí)行4個(gè)單位時(shí)間后(t=4時(shí)刻)進(jìn)行的，使d_out的值變?yōu)?。由于并行塊中的五條語(yǔ)句的執(zhí)行所需時(shí)間分別是0，1，2，3，4個(gè)單位時(shí)間，其中第五條賦值語(yǔ)句所需時(shí)間最長(zhǎng)，所以在第五條語(yǔ)句執(zhí)行完畢后(t=4時(shí)刻)，并行塊結(jié)束執(zhí)行。該并行語(yǔ)句塊執(zhí)行過(guò)程產(chǎn)生的波形如圖5.2所示，它和上一小節(jié)中用串行塊實(shí)現(xiàn)的圖5.1所示的波形是不同的。要注意例5-10并行塊內(nèi)各條賦值語(yǔ)句出現(xiàn)的次序可以是不同的，比如其中各條語(yǔ)句的次序可以是例5-11所示的情況。圖5.2例5-10的執(zhí)行產(chǎn)生的波形

【例5-11】并行塊內(nèi)語(yǔ)句的不同次序。initialfork#3d_out=1；#2d_out=0；#4d_out=0；#1d_out=1；d_out=0；join在例5-11中，并行塊內(nèi)的各條語(yǔ)句并不是按它們被執(zhí)行的先后順序給出的，但例5-11同樣可以生成與例5-10相同的波形。5.2.3串行塊和并行塊的混合使用在分別對(duì)串行塊和并行塊進(jìn)行了介紹之后，我們還必須討論一下串行塊和并行塊的混合使用。它可以分為如下兩種情況。

(1)當(dāng)串行塊和并行塊屬于不同的過(guò)程塊(initial或always過(guò)程塊)時(shí)，串行塊和并行塊是并行執(zhí)行的。

【例5-12】串行塊和并行塊屬于不同過(guò)程塊時(shí)的情況。modulebelong_to_different_pro_block(a,b)；outputa,b；rega,b；initial //第一個(gè)initial過(guò)程塊begin //串行塊a=0； //語(yǔ)句S1#20a=0； //語(yǔ)句S2b=1； //語(yǔ)句S3#40a=0； //語(yǔ)句S4b=0； //語(yǔ)句S5endinitial //第二個(gè)initial過(guò)程塊fork //并行塊b=1； //語(yǔ)句P1#10a=1； //語(yǔ)句P2#10b=0； //語(yǔ)句P3#30a=1； //語(yǔ)句P4#50a=1； //語(yǔ)句P5joinendmodule例5-12中出現(xiàn)了兩個(gè)initial過(guò)程塊，這兩個(gè)過(guò)程塊是并行執(zhí)行的，所以它們內(nèi)部所包含的begin-end串行語(yǔ)句塊和fork-join并行語(yǔ)句塊也是并行執(zhí)行的。而在串行塊內(nèi)部，各條語(yǔ)句按順序方式執(zhí)行；在并行塊內(nèi)部，各條語(yǔ)句按并行方式執(zhí)行。例5-12中各條語(yǔ)句的執(zhí)行時(shí)序如表5.2所示。

(2)當(dāng)串行塊和并行塊嵌套使用在同一過(guò)程塊內(nèi)時(shí)，內(nèi)層語(yǔ)句塊可以看作是外層語(yǔ)句塊中的一條普通語(yǔ)句，內(nèi)層語(yǔ)句塊在什么時(shí)刻得到執(zhí)行是由外層語(yǔ)句塊的規(guī)則所決定的；而在內(nèi)層語(yǔ)句塊開(kāi)始執(zhí)行后，其內(nèi)部各條語(yǔ)句的執(zhí)行要遵守內(nèi)層語(yǔ)句塊的規(guī)則。

【例5-13】嵌套使用的串行塊和并行塊。modulepara_bloc_nested_in_seri_bloc(a，b)；outputa,b；rega,b；initial //?initial