【 Verilog HDL 】case, casez, casex 之干货总结

这几天在做一个无人机定位的项目，时间比较紧，自己也不太懂，所以就边忙别愁就没有了精力写博客了。可是想想这样也不好，还是抽出点时间写博客，即使写的比较简单也行，至少能解答自己的疑惑就够了。

Verilog HDL中的case语句有两种变种，casex和casez，既然存在这两种形式，肯定是合理的，为了应对特殊的情况。我们只需要掌握其具体用法，需用用到的地方就用上，倒也不必考虑太多。（我见有些人还分析综合前和综合后，这种探索精神值得肯定，但目前来说，我没理由考虑那么多，究竟有没有意义我也不知道！）

最后，本文内容参考：《从算法设计到硬件逻辑的实现》，这是一本好书，让我学到了很多知识。

case语句是一种多分支选择语句，if语句只有两个分支可供选择，而实际问题中常常需要用到多分支选择，Verilog语言提供的case语句直接处理多分支选择。case语句通常用于微处理器的指令译码,
它的一般形式如下:
1) case(表达式) <case分支项> endcase
2) casez(表达式) <case分支项> endcase
3) casex(表达式) <case分支项> endcase
case分支项的一般格式如下:
分支表达式: 语句
缺省项(default项): 语句
说明:
a) case括弧内的表达式称为控制表达式，case分支项中的表达式称为分支表达式。控制表达式通常表示为控制信号的某些位，分支表达式则用这些控制信号的具体状态值来表示，因此分支表达式又可以称为常量表达式。
b) 当控制表达式的值与分支表达式的值相等时，就执行分支表达式后面的语句。如果所有的分支表达式的值都没有与控制表达式的值相匹配的，就执行default后面的语句。
c) default项可有可无，一个case语句里只准有一个default项。（具体而言，尽量要有一个default，可以是一个空语句。当然语法上，没有default也不会报错。）

下面是一个简单的使用case语句的例子。该例子中对寄存器rega译码以确定result的值。

reg [15:0] rega;
reg [9:0] result;case(rega)
16 'd0: result = 10 'b0111111111;
16 'd1: result = 10 'b1011111111;
16 'd2: result = 10 'b1101111111;
16 'd3: result = 10 'b1110111111;
16 'd4: result = 10 'b1111011111;
16 'd5: result = 10 'b1111101111;
16 'd6: result = 10 'b1111110111;
16 'd7: result = 10 'b1111111011;
16 'd8: result = 10 'b1111111101;
16 'd9: result = 10 'b1111111110;
default： result = 'bx;
endcase

继续给出注意事项：

d) 每一个case分项的分支表达式的值必须互不相同，否则就会出现矛盾现象(对表达式的同一个值，有多种执行方案)。
e) 执行完case分项后的语句，则跳出该case语句结构，终止case语句的执行。
f) 在用case语句表达式进行比较的过程中，只有当信号的对应位的值能明确进行比较时，比较才能成功。因此要注意详细说明case分项的分支表达式的值。
g) case语句的所有表达式的值的位宽必须相等，只有这样控制表达式和分支表达式才能进行对应位的比较。一个经常犯的错误是用'bx, 'bz 来替代 n'bx, n'bz，这样写是不对的，因为信号x, z的缺省宽度是机器的字节宽度，通常是32位(此处 n 是case控制表达式的位宽)。

casez和casex：

下面先给出 case, casez, casex 的真值表：

对于那些分支表达式中存在不定值x和高阻值z位时,case语句提供了处理这种情况的手段。下面的两个例子介绍了处理x,z值位的case语句。（注意分支表达式中的z可以写成？）！

给出几个应用实例：

1）

case ( select[1:2] )
2 'b00: result = 0;
2 'b01: result = flaga;
2 'b0x,
2 'b0z: result = flaga? 'bx : 0;
2 'b10: result = flagb;
2 'bx0,
2 'bz0: result = flagb? 'bx : 0;
default: result = 'bx;
endcase

2）

case(sig)
1 'bz: $display("signal is floating");
1 'bx: $display("signal is unknown");
default: $display("signal is %b", sig);
endcase

Verilog HDL针对电路的特性提供了case语句的其它两种形式用来处理case语句比较过程中的不必考虑的情况( don't care condition )。其中casez语句用来处理不考虑高阻值z的比较过程，casex语句则将高阻值z和不定值都视为不必关心的情况。所谓不必关心的情况，即在表达式进行比较时，不将该位的状态考虑在内。这样在case语句表达式进行比较时，就可以灵活地设置以对信号的某些位进行比较。见下面的两个例子:

3）

reg[7:0] ir;
casez(ir)
8 'b1???????: instruction1(ir);
8 'b01??????: instruction2(ir);
8 'b00010???: instruction3(ir);
8 'b000001??: instruction4(ir);
endcase

4）

reg[7:0] r, mask;
mask = 8'bx0x0x0x0;
casex(r^mask)
8 'b001100xx: stat1;
8 'b1100xx00: stat2;
8 'b00xx0011: stat3;
8 'bxx001100: stat4;
endcase

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