詳解Verilog Generate For

一、循環結構

Verilog的generate語句是其獨有的特性，它可以生成不同數量的相同電路。generate for循環語句可以按照一個範圍生成一組模塊，這樣可以避免重複編寫大量的實例化代碼。相對於一個個手動實例化，可以方便的生成任意個數的模塊實例，而且非常好用。直接使用generate語句可以生成一組完全相同的實例，而使用generate for循環語句可以很方便的生成多個不同的實例。下面是使用generate for循環語句實例化4個和門的代碼：

module generate_for_test();
  parameter WIDTH = 3;
  genvar i;
  generate
    for(i=0;i<4;i=i+1) # 每次迭代生成1個module
      and #(WIDTH) and_gate(i, i+1, w[i]); //一條語句生成4個and
  endgenerate
endmodule

由上述代碼可以看出，當我們要生成相同模塊的實例時，使用generate for循環語句可以非常方便。

二、動態調整

Verilog中的generate for語句還可以根據參數值進行動態調整，這在優化設計以及提升代碼的可復用性方面有著重要的作用。下面是一個使用generate for語句實例化不同寬度的加法器的代碼：

module generate_for_dynamic();
  parameter WIDTH = 4;
  integer i, j; 
  genvar k;    
  generate 
    for(k = WIDTH-1; k >= 0; k = k-1) # 每次迭代生成1個module
      begin : adder_gen
         adder #(k+1) 
            adder_inst (.a(A[k]), .b(B[k]), .cin(cin), .sum(S[k]), .cout(cout));
      end
  endgenerate 
endmodule

在上述代碼中，使用generate for語句生成了一個加法器的模塊實例庫，每個實例都有不同的輸入寬度（0到WIDTH-1）。這段代碼體現了Verilog的動態調整特性，提高了代碼的可復用性和靈活性。

三、複雜生成

通過generate for語句，我們可以非常容易的在Verilog中實現複雜的電路。下面是一個使用generate for語句生成一個4×4的可重構陣列的代碼, 以及該代碼中使用到的與門和或門的代碼：

module generate_for_complex();
  parameter WIDTH = 4;
  genvar i, j;
  wire w1[WIDTH:0], w2[WIDTH:0], w3[WIDTH:0];
  generate
    for(i=0;i<WIDTH;i=i+1) # 每次迭代生成4個module
      begin : row
        and and0(i, w1[i], w2[i]);
        or or0(i, w1[i], w3[i]);
      end
    for(j=0;j<WIDTH;j=j+1) # 每次迭代生成4個module
      begin : col
        and and1(j, w2[j], w3[j]);
        or or1(j, w1[j], w2[j]);
      end
  endgenerate
endmodule

module and(input a, b, output y);
   assign y = a & b;
endmodule

module or(input a, b, output y);
   assign y = a | b;
endmodule

上述代碼實現了一個4×4的可重構陣列，該電路包括了多個與門和或門，使用generate for語句則可以非常簡潔地生成並連接多個模塊，提高了代碼的可讀性。

四、小結

Verilog的generate for語句是生成新電路的強力工具，其特點是可以對一個範圍進行一組模塊的實例化。使用generate for語句可以非常方便地生成多個相同或不同實例，避免了重複編寫大量實例代碼的煩惱。同時，generate for語句還具有動態調整和複雜電路生成的特性，提高了代碼的可復用性和可讀性。