FPGA/Verilog,Quartus环境下if-else语句和case语句RT视图对比/学习记录

基本概念

• RTL（Register - Transfer - Level）视图：是一种硬件描述语言的抽象层次，用于描述数字电路中寄存器之间的数据传输和操作。在这个层次上，可以看到电路的基本结构，如寄存器、组合逻辑、多路复用器等。
• if - else 语句：是一种条件语句，根据给定的条件表达式的值来选择执行不同的语句块。在 Verilog 中，它用于实现具有优先级的条件判断逻辑。
• case 语句：也是一种条件语句，用于根据表达式的值从多个分支中选择一个执行。它通常用于实现多分支的平等选择逻辑

当使用 if - else 语句时，RTL 视图通常会生成具有优先级的逻辑电路。

if-else语句代码和RTL视图示例如下(梅哥)：

基于下列代码进行后续分析：

always @(*) beginif (condition1) beginoutput_signal = value1;end else if (condition2) beginoutput_signal = value2;end else beginoutput_signal = value3;end
end

• 在 RTL 视图中，这会生成一个优先级编码器类型的电路。每次两种条件进行判断，多个二选一选择器逐级连接；首先判断condition1，如果为真，则输出value1；如果condition1为假，则判断condition2，依此类推。这种电路结构可能会导致较长的组合逻辑延迟，尤其是当条件较多且复杂时，因为信号需要依次通过多个条件判断逻辑门。
• 从硬件资源利用角度看，如果条件之间有包含关系或者部分重叠，可能会导致一些逻辑资源的浪费，因为需要为每个可能的优先级情况生成相应的逻辑。

当使用case语句时：

case语句代码和RTL视图如下(梅哥：

基于一下代码进行下列分析：

always @(*) begincase (input_expression)value_a: output_signal = result_a;value_b: output_signal = result_b;default: output_signal = result_c;endcase
end

• 在 RTL 视图中，它通常会生成一个多路复用器（MUX）电路。input_expression的值决定了选择哪一个分支的结果输出。这种电路结构相对简洁，组合逻辑延迟比较固定，不依赖于条件的顺序。因为所有的分支是平等的，在硬件实现上，会根据input_expression的所有可能值构建一个多路复用器，使得每个分支的选择延迟相对一致。
• 从硬件资源利用角度看，case 语句在实现多分支且各分支平等的情况下，资源利用效率可能更高，因为它直接构建了一个合适的多路复用器，避免了像 if - else 语句那样可能由于优先级产生的额外资源浪费。

对比：

• 逻辑延迟：

if - else 语句的组合逻辑延迟可能因条件的优先级而变化，条件判断是顺序进行的；

case 语句的组合逻辑延迟相对固定，因为它类似于一个多路复用器的并行选择机制。

• 硬件资源利用：

• if - else 语句在条件有包含或重叠关系时可能浪费资源；
• case 语句在多分支平等选择时资源利用效率可能更高，直接构建多路复用器结构。

• 适用场景

if - else 语句适合于具有优先级的条件判断场景，例如根据不同的状态优先级进行状态机的状态转移；

case 语句更适合于多分支且各分支平等的场景，如根据指令操作码选择执行不同的指令操作。