Оператор case

Часть раздела Основы путешествия по Verilog на Coddy — урок 55 из 90.

Оператор case позволяет выбирать между множеством различных действий на основе значения одного выражения. Это более чистая альтернатива множественным операторам if-else при сравнении одной и той же переменной с множеством различных значений.

Оператор case сравнивает выражение со списком значений и выполняет соответствующий блок. Это похоже на многопутевое ветвление.

Синтаксис:

case (expression)
  value1: statement1;
  value2: statement2;
  default: default_statement;
endcase

Настоятельно рекомендуется всегда включать <strong>default</strong> в комбинационный оператор <strong>case</strong>. Без default, если sel принимает непредвиденное значение (например, X или Z), out не получит значения и защелкнет (latch) свое предыдущее значение. Это создает непреднамеренную память (защелку) вместо чистой комбинационной логики.

Простой пример

case (sel)
  2'b00: out = a;
  2'b01: out = b;
  2'b10: out = c;
  default: out = 0;
endcase

Если sel равен 00, out получает a. Если sel равен 01, out получает b. Если sel равен 10, out получает c.

В противном случае out получает 0.

Несколько операторов в одном варианте case

Используйте begin и end для нескольких операторов:

case (state)
  2'b00: begin
    out = a;
    flag = 1;
  end
  2'b01: begin
    out = b;
    flag = 0;
  end
  default: out = 0;
endcase

Важные правила

Правило	Объяснение
Все значения case должны быть уникальными	Без дублирующихся значений
Значения должны соответствовать разрядности	`2'b01`, а не `1'b1`
`default` необязателен, но рекомендуется	Перехватывает несопоставленные значения
Без `default` несопоставленные значения вызывают защелки (latches)	В комбинационной логике

Case против If-Else

	Case	If-Else
Лучше всего подходит для	Одной переменной со многими значениями	Сложных условий
Читаемость	Очень понятная	Может стать запутанной
Пример	Мультиплексор, декодер	Компаратор, проверка диапазонов

Задание

Завершите оператор Case

Что нужно сделать:

Добавьте недостающий оператор case, чтобы этот мультиплексор заработал.

Как это работает:

Когда select = 2'b00, result = in0
Когда select = 2'b01, result = in1
Когда select = 2'b10, result = in2
Когда select = 2'b11, result = in3

Шпаргалка

Оператор case выбирает между несколькими действиями на основе одного выражения — это более чистая альтернатива цепочке if-else.

case (expression)
  value1: statement1;
  value2: statement2;
  default: default_statement;
endcase

Для нескольких операторов в одной ветке используйте begin/end:

case (sel)
  2'b00: out = a;
  2'b01: begin
    out = b;
    flag = 1;
  end
  default: out = 0;
endcase

Всегда включайте default в комбинационную логику. Без него несовпадающие значения (например, X, Z) заставляют выход сохранять свое предыдущее значение, создавая непреднамеренную защелку (latch).

Ключевые правила:

Все значения case должны быть уникальными
Значения должны соответствовать разрядности выражения (например, 2'b01, а не 1'b1)
Используйте case для сравнения одной переменной со многими значениями; используйте if-else для сложных условий или диапазонов

Попробуйте сами

module mux4 (
  input [1:0] select,
  input in0, in1, in2, in3,
  output reg result
);
  
  always @(*) begin
    // TODO: Добавить оператор case
    // select=00 -> result = in0
    // select=01 -> result = in1
    // select=10 -> result = in2
    // select=11 -> result = in3
    // default -> result = 0
  end
  
endmodule