Verilog表達式
加入技術交流群
表達式由操作數(shù)和操作符組成。表達式可以在出現(xiàn)數(shù)值的任何地方使用。
操作數(shù)
操作數(shù)可以是以下類型中的一種：
1) 常數(shù)
2) 參數(shù)
3) 線網(wǎng)
4) 寄存器
5) 位選擇
6) 部分選擇
7) 存儲器單元
8) 函數(shù)調用
1.1 常數(shù)
下面是一些實例。
256,7 //非定長的十進制數(shù)。
4'b10_11, 8'h0A //定長的整型常量。
'b1, 'hFBA //非定長的整數(shù)常量。
90.00006 //實數(shù)型常量。
BOND //串常量；每個字符作為8位ASCII值存儲。
表達式中的整數(shù)值可被解釋為有符號數(shù)或無符號數(shù)。如果表達式中是十進制整數(shù)，例如，12被解釋為有符號數(shù)。如果整數(shù)是基數(shù)型整數(shù)（定長或非定長），那么該整數(shù)作為無符號數(shù)對待。下面舉例說明。
12是01100的5位向量形式（有符號）
-12是10100的5位向量形式（有符號）
5'b01100是十進制數(shù)12（無符號）
5'b10100是十進制數(shù)20（無符號）
4'd12是十進制數(shù)12（無符號）
更為重要的是對基數(shù)表示或非基數(shù)表示的負整數(shù)處理方式不同。非基數(shù)表示形式的負整數(shù)作為有符號數(shù)處理，而基數(shù)表示形式的負整數(shù)值作為無符號數(shù)。因此-44和-6'o54 （十進制的44等于八進制的54）在下例中處理不同。
integer Cone;
. . .
Cone = -44/4
Cone = -6'o54/ 4;
注意－44和－6'o54以相同的位模式求值；但是－44作為有符號數(shù)處理，而－6'o54作為無符號數(shù)處理。因此第一個字符中Cone的值為－11，而在第二個賦值中Cone的值為1073741813。
1.2 參數(shù)
參數(shù)類似于常量，并且使用參數(shù)聲明進行說明。下面是參數(shù)說明實例。
parameter LOAD = 4'd12, STORE = 4'd10;
LOAD 和STORE為參數(shù)的例子，值分別被聲明為12和10。
1.3 線網(wǎng)
可在表達式中使用標量線網(wǎng)（1位）和向量線網(wǎng)（多位）。下面是線網(wǎng)說明實例。
wire [0:3] Prt; //Prt 為4位向量線網(wǎng)。
wire Bdq; //Bbq 是標量線網(wǎng)。
線網(wǎng)中的值被解釋為無符號數(shù)。在連續(xù)賦值語句中，
assign Prt = -3;
Prt被賦于位向量1101，實際上為十進制的13。在下面的連續(xù)賦值中，
assign Prt = 4'HA;
Prt被賦于位向量1010，即為十進制的10。
1.4 寄存器
標量和向量寄存器可在表達式中使用。寄存器變量使用寄存器聲明進行說明。例如:
integer TemA, TemB;
reg [1:5] State;
time Que [1:5];
整型寄存器中的值被解釋為有符號的二進制補碼數(shù)，而reg寄存器或時間寄存器中的值被解釋為無符號數(shù)。實數(shù)和實數(shù)時間類型寄存器中的值被解釋為有符號浮點數(shù)。
TemA = -10; //TemA值為位向量10110，是10的二進制補碼。
TemA = 'b1011; //TemA值為十進制數(shù)11。
State = -10; //State值為位向量10110，即十進制數(shù)22。
State = 'b1011; //State值為位向量01011，是十進制值11。
1.5 位選擇
位選擇從向量中抽取特定的位。形式如下：
net_or_reg_vector [bit_select_expr]
下面是表達式中應用位選擇的例子。
State [1] State [4] //寄存器位選擇。
Prt [0] | Bbq //線網(wǎng)位選擇。
如果選擇表達式的值為x、z，或越界，則位選擇的值為x。例如State [x]值為x。
1.6 部分選擇
在部分選擇中，向量的連續(xù)序列被選擇。形式如下：
net_or_reg_vector [msb_const_expr:1sb_const_expr]
其中范圍表達式必須為常數(shù)表達式。例如。
State [1:4] //寄存器部分選擇。
Prt [1:3] //線網(wǎng)部分選擇。
選擇范圍越界或為x、z時，部分選擇的值為x。
1.7 存儲器單元
存儲器單元從存儲器中選擇一個字。形式如下：
memory [word_address]
例如：
reg [1:8] Ack, Dram [0:63];
. . .
Ack = Dram [60]; //存儲器的第60個單元。
不允許對存儲器變量值部分選擇或位選擇。例如，
Dram [60] [2] 不允許。
Dram [60] [2:4] 也不允許。
在存儲器中讀取一個位或部分選擇一個字的方法如下：將存儲器單元賦值給寄存器變量，然后對該寄存器變量采用部分選擇或位選擇操作。例如，Ack [2] 和Ack [2:4]是合法的表達式。
1.8 函數(shù)調用
表達式中可使用函數(shù)調用。函數(shù)調用可以是系統(tǒng)函數(shù)調用（以$字符開始）或用戶定義的函數(shù)調用。例如：
$time + SumOfEvents (A, B)
/*$time是系統(tǒng)函數(shù)，并且SumOfEvents是在別處定義的用戶自定義函數(shù)。*/
操作符
Verilog HDL中的操作符可以分為下述類型：
1) 算術操作符
2) 關系操作符
3) 相等操作符
4) 邏輯操作符
5) 按位操作符
6) 歸約操作符
7) 移位操作符
8) 條件操作符
9) 連接和復制操作符
下表顯示了所有操作符的優(yōu)先級和名稱。操作符從最高優(yōu)先級（頂行）到最低優(yōu)先級（底行）排列。同一行中的操作符優(yōu)先級相同。
除條件操作符從右向左關聯(lián)外，其余所有操作符自左向右關聯(lián)。下面的表達式：
A + B - C
等價于：
(A + B ) - C //自左向右
而表達式：
A ? B : C ? D : F
等價于：
A ? B : (C ? D : F) //從右向左
圓擴號能夠用于改變優(yōu)先級的順序，如以下表達式：
(A ? B : C) ? D : F
2.1 算術操作符
算術操作符有：
* +（一元加和二元加）
* －（一元減和二元減）
* *（乘）
* /（除）
* %（取模）
整數(shù)除法截斷任何小數(shù)部分。例如：
7/4 結果為 1
取模操作符求出與第一個操作符符號相同的余數(shù)。
7%4 結果為 3
而:
- 7%4 結果為 -3
如果算術操作符中的任意操作數(shù)是X或Z，那么整個結果為X。例如：
'b10x1 + 'b01111 結果為不確定數(shù)'bxxxxx
1. 算術操作結果的長度
算術表達式結果的長度由最長的操作數(shù)決定。在賦值語句下，算術操作結果的長度由操作符左端目標長度決定。考慮如下實例：
reg [0:3] Arc, Bar, Crt;
reg [0:5] Frx;
. . .
Arc = Bar + Crt;
Frx = Bar + Crt;
第一個加的結果長度由Bar，Crt和Arc長度決定，長度為4位。第二個加法操作的長度同樣由Frx的長度決定（Frx、Bat和Crt中的最長長度），長度為6位。在第一個賦值中，加法操作的溢出部分被丟棄；而在第二個賦值中，任何溢出的位存儲在結果位Frx[1]中。
在較大的表達式中，中間結果的長度如何確定？在Verilog HDL中定義了如下規(guī)則：表達式中的所有中間結果應取最大操作數(shù)的長度（賦值時，此規(guī)則也包括左端目標）?？紤]另一個實例：
wire [4:1] Box, Drt;
wire [1:5] Cfg;
wire [1:6] Peg;
wire [1:8] Adt;
. . .
assign Adt = (Box + Cfg) + (Drt + Peg);
表達式左端的操作數(shù)最長為6，但是將左端包含在內時，最大長度為8。所以所有的加操作使用8位進行。例如：Box和Cfg相加的結果長度為8位。
2. 無符號數(shù)和有符號數(shù)
執(zhí)行算術操作和賦值時，注意哪些操作數(shù)為無符號數(shù)、哪些操作數(shù)為有符號數(shù)非常重要。無符號數(shù)存儲在：
* 線網(wǎng)
* 一般寄存器
* 基數(shù)格式表示形式的整數(shù)
有符號數(shù)存儲在：
* 整數(shù)寄存器
* 十進制形式的整數(shù)
下面是一些賦值語句的實例：
reg [0:5] Bar;
integer Tab;
. . .
Bar = -4'd12; //寄存器變量Bar的十進制數(shù)為52，向量值為110100。
Tab = -4'd12; //整數(shù)Tab的十進制數(shù)為-12，位形式為110100。
-4'd12 / 4 //結果是1073741821。
-12 / 4 //結果是-3
因為Bar是普通寄存器類型變量，只存儲無符號數(shù)。右端表達式的值為'b110100（12的二進制補碼）。因此在賦值后，Bar存儲十進制值52。在第二個賦值中，右端表達式相同，值為'b110100，但此時被賦值為存儲有符號數(shù)的整數(shù)寄存器。Tab存儲十進制值－12（位向量為110100）。注意在兩種情況下，位向量存儲內容都相同；但是在第一種情況下，向量被解釋為無符號數(shù)，而在第二種情況下，向量被解釋為有符號數(shù)。
下面為具體實例：
Bar = - 4'd12/4;
Tab = - 4'd12 /4;
Bar = - 12/4
Tab = - 12/4
在第一次賦值中，Bar被賦于十進制值61（位向量為111101）。而在第二個賦值中，Tab被賦于與十進制1073741821（位值為0011...11101）。Bar在第三個賦值中賦于與第一個賦值相同的值。這是因為Bar只存儲無符號數(shù)。在第四個賦值中，Bar被賦于十進制值－3。
下面是另一些例子：
Bar = 4 - 6;
Tab = 4 - 6;
Bar被賦于十進制值62（－2的二進制補碼），而Tab被賦于十進制值－2（位向量為111110）。
下面為另一個實例：
Bar = -2 + (-4);
Tab = -2 + (-4);
Bar被賦于十進制值58（位向量為111010），而Tab被賦于十進制值－6（位向量為111010）。
2.2 關系操作符
關系操作符有：
* >（大于）
* （小于）
* >=（不小于）
* =（不大于）
關系操作符的結果為真（1）或假（0）。如果操作數(shù)中有一位為X或Z，那么結果為X。例如：
23 > 45
結果為假（0），而：
52 8'hxFF
結果為x。如果操作數(shù)長度不同，長度較短的操作數(shù)在最重要的位方向（左方）添0補齊。例如：
'b1000 > = 'b01110
等價于：
'b01000 > = 'b01110
結果為假（0）。
2.3 相等關系操作符
相等關系操作符有:
* = =（邏輯相等）
* !=（邏輯不等）
* = = =（全等）
* != =（非全等）
如果比較結果為假，則結果為0；否則結果為1。在全等比較中，值x和z嚴格按位比較。也就是說，不進行解釋，并且結果一定可知。而在邏輯比較中，值x和z具有通常的意義，且結果可以不為x。也就是說，在邏輯比較中，如果兩個操作數(shù)之一包含x或z，結果為未知的值（x）。
如下例，假定：
Data = 'b11x0;
Addr = 'b11x0;
那么：
Data = = Addr
不定，也就是說值為x，但：
Data = = = Addr
為真，也就是說值為1。
如果操作數(shù)的長度不相等，長度較小的操作數(shù)在左側添0補位，例如：
2'b10 = = 4'b0010
與下面的表達式相同：
4'b0010 = = 4'b0010
結果為真（1）。
2.4 邏輯操作符
邏輯操作符有:
* (邏輯與)
* || (邏輯或)
* ！(邏輯非)
這些操作符在邏輯值0或1上操作。邏輯操作的結構為0或1。例如, 假定:
Crd = 'b0; //0為假
Dgs = 'b1; //1為真
那么:
Crd Dgs 結果為0 (假)
Crd || Dgs 結果為1 (真)
！ Dgs 結果為0 (假)
對于向量操作, 非0向量作為1處理。例如，假定:
A_Bus = 'b0110;
B_Bus = 'b0100;
那么:
A_Bus || B_Bus 結果為1
A_Bus B_Bus 結果為 1
并且:
! A_Bus 與! B_Bus的結果相同。
結果為0。
如果任意一個操作數(shù)包含x，結果也為x。
!x 結果為x
2.5 按位操作符
按位操作符有:
* ~（一元非）
* （二元與）
* |（二元或）
* ^（二元異或）
* ~^, ^~（二元異或非）
這些操作符在輸入操作數(shù)的對應位上按位操作，并產(chǎn)生向量結果。下表顯示對于不同操作符按步操作的結果。
例如，假定,
A = 'b0110;
B = 'b0100;
那么:
A | B 結果為0110
A B 結果為0100
如果操作數(shù)長度不相等, 長度較小的操作數(shù)在最左側添0補位。例如,
'b0110 ^ 'b10000
與如下式的操作相同:
'b00110 ^ 'b10000
結果為'b10110。
2.6 歸約操作符
歸約操作符在單一操作數(shù)的所有位上操作，并產(chǎn)生1位結果。歸約操作符有:
* (歸約與)
如果存在位值為0, 那么結果為0；若如果存在位值為x或z，結果為x；否則結果為1。
* ~ (歸約與非)
與歸約操作符相反。
* | (歸約或)
如果存在位值為1，那么結果為1；如果存在位x或z，結果為x；否則結果為0。
* ~| (歸約或非)
與歸約操作符|相反。
* ^ (歸約異或)
如果存在位值為x或z，那么結果為x；否則如果操作數(shù)中有偶數(shù)個1, 結果為0；否則結果為1。
* ~^ (歸約異或非)
與歸約操作符^正好相反。
如下所示。假定,
A = 'b0110;
B = 'b0100;
那么:
|B 結果為1
B 結果為0
~ A 結果為1
歸約異或操作符用于決定向量中是否有位為x。假定,
MyReg = 4'b01x0；
那么:
^MyReg 結果為x
上述功能使用如下的if語句檢測:
if (^MyReg = = = 1'bx)
$ display (There is an unknown in the vector MyReg !)
注意邏輯相等(==)操作符不能用于比較；邏輯相等操作符比較將只會產(chǎn)生結果x。全等操作符期望的結果為值1。
2.7 移位操作符
移位操作符有:
* (左移)
* >> (右移)
移位操作符左側操作數(shù)移動右側操作數(shù)表示的次數(shù)，它是一個邏輯移位。空閑位添0補位。如果右側操作數(shù)的值為x或z, 移位操作的結果為x。假定:
reg [0：7] Qreg；
. . .
Qreg = 4'b0111;
那么:
Qreg >> 2 是 8'b0000_0001
Verilog HDL中沒有指數(shù)操作符。但是，移位操作符可用于支持部分指數(shù)操作。例如，如果要計算ZNumBits的值，可以使用移位操作實現(xiàn)，例如:
32'b1 NumBits //NumBits必須小于32。
同理，可使用移位操作為2-4解碼器建模，如
wire [0:3] DecodeOut = 4'b1 Address [0:1];
Address[0:1] 可取值0,1,2和3。與之相應，DecodeOut可以取值4'b0001、4'b0010、4'b0100和4'b1000，從而為解碼器建模。
2.8 條件操作符
條件操作符根據(jù)條件表達式的值選擇表達式，形式如下:
cond_expr ? expr1 : expr2
如果cond_expr 為真(即值為1)，選擇expr1；如果cond_expr為假(值為0)，選擇expr2。 如果cond_expr 為x或z，結果將是按以下邏輯expr1和expr2按位操作的值: 0與0得0，1與1得1，其余情況為x。
如下所示:
wire [0:2] Student = Marks > 18 ? Grade_A : Grade_C;
計算表達式Marks > 18; 如果真, Grade_A 賦值為Student; 如果Marks =18, Grade_C 賦值為Student。下面為另一實例：
always
#5 Ctr = (Ctr != 25) ? (Ctr + 1) : 5;
過程賦值中的表達式表明如果Ctr不等于25, 則加1；否則如果Ctr值為25時, 將Ctr值重新置為5。
2.9 連接和復制操作
連接操作是將小表達式合并形成大表達式的操作。形式如下:
{expr1, expr2, . . .，exprN}
實例如下所示:
wire [7:0] Dbus;
wire [11:0] Abus;
assign Dbus [7:4] = {Dbus [0], Dbus [1], Dbus[2], Dbus[3]};
//以反轉的順序將低端4位賦給高端4位。
assign Dbus = {Dbus [3:0], Dbus [7:4]};
//高4位與低4位交換。
由于非定長常數(shù)的長度未知, 不允許連接非定長常數(shù)。例如, 下列式子非法：
{Dbus,5} //不允許連接操作非定長常數(shù)。
復制通過指定重復次數(shù)來執(zhí)行操作。形式如下:
{repetition_number {expr1, expr2, ...,exprN}}
以下是一些實例：
Abus = {3{4'b1011}}; //位向量12'b1011_1011_1011）
Abus = {{4{Dbus[7]}}, Dbus}; /*符號擴展*/
{3{1'b1}} 結果為111
{3{Ack}} 結果與{Ack, Ack, Ack}相同。
表達式種類
常量表達式是在編譯時就計算出常數(shù)值的表達式。通常，常量表達式可由下列要素構成:
1) 表示常量文字, 如'b10和326。
2) 參數(shù)名，如RED的參數(shù)表明:
parameter RED = 4'b1110；
標量表達式是計算結果為1位的表達式。
評論