优化转向控制语句的控制方式

转向控制语句通过条件控制开关决定执行哪些语句。转向控制语句共有5种：IF语句、CASE语句、LOOP语句、NEXT语句和EXIT语句。

1.IF语句

IF语句是一种条件语句，它根据语句中所设置的一种或几种条件，有选择地执行指定的顺序语句，IF语句的语句结构有以下3种：

格式1为

格式2为

格式3为

IF语句中至少应有一个条件句，条件句必须由布尔表达式构成。IF语句根据条件句产生的判断结果TRUE或FALSE，有条件地选择执行其后的顺序语句。例4.10是最简单的IF语句的应用举例。

例4.10

若条件句Q=‘0’的检测结果为TRUE，则执行下一条语句output＜=aorb；否则此信号维持原值。

例4.11用第二种IF语句来描述如图4-6所示的硬件电路。

图4-6 例4.11的硬件实现电路图

在本例的结构体中用了一个进程来描述图4-6所示的硬件电路，其中，输入信号x1、x2、x3是进程的敏感信号。进程中的IF语句的条件是信号x2，它属于BOOLEAN类型，其值只有TRUE或FALSE。如果x2为TRUE时，执行“n：=x3”语句；若x2为FALSE时，执行“n：=x1”语句。

例4.12 用第三种IF语句来设计8线-3线优先编码器。8线-3线优先编码器的真值表见表4-3。

表4-38 线-3线优先编码器的真值表

注：表中的“X”为任意，类似VHDL中的“-”值。

语句如下：

2.CASE语句

CASE语句根据条件表达式的值，直接选择满足多项顺序语句中的一项执行，故适合用于两路或多路分支判断结构。CASE语句的结构如下：

当执行到CASE语句时，首先计算表达式的值，然后根据条件句中与之相同的选择值，执行对应的顺序语句，最后结束CASE语句。表达式可以是一个整数类型或枚举类型的值，也可以是由这些数据类型的值构成的数组（请注意，条件句中的“=＞”不是操作符，它只相当于“THEN”的作用）。

选择值可以有4种不同的表达方式：①单个普通数值，如4；②数值选择范围，如（2TO4），表示取值2、3或4；③并列数值，如3|5，表示取值为3或者5；④混合方式，以上3种方式的混合。

使用CASE语句需注意以下几点：

1）条件句中的选择值必须在表达式的取值范围内。

2）除非所有条件句中的选择值能完整的覆盖CASE语句中表达式的取值，否则最末一个条件句中的选择必须用“OTHERS”表示。它代表已给的所有条件句中未能列出的其他可能的取值，这样可以避免综合器插入不必要的寄存器。这一点对于定义为STD_LOGIC和STD_LOGIC_VECTOR数据类型的值尤为重要，因为这些数据对象的取值除了1和0以外，还可能有其他的取值，如高阻态Z、不定态X等。

3）CASE语句中每一条件句的选择只能出现一次，不能有相同选择值的条件句出现。

4）CASE语句执行中必须选中，且只能选中所列条件语句中的一条。这表明CASE语句中至少要包含一个条件语句。

例4.13是一个用CASE语句描述的4选1多路选择器的VHDL程序。此例的逻辑图如图4-7所示，其真值表见表4-4。在表4-4中，数据选择器在控制输入信号s0、s1的控制下，使输入信号d、c、b和a中的一个被选中传送到输出。s0和s1有4种组合值，可以用CASE语句实现其功能。

图4-74 选1多路选择器

表4-44 选1多路选择器的真值表

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例4.13

注意，例4.13中的第5个条件句是必需的，因为对于定义为STD_LOGIC_VECTOR数据类型的s，在VHDL综合过程中，它可能的选择值除了00、01、10、11外，还可以有其他的定义于STD_LOGIC的选择值。

与IF语句相比，CASE语句组的程序可读性比较好，这是因为它把条件中所有可能出现的情况全部列出来了，可执行条件一目了然。而且CASE语句的执行过程不像IF语句那样有一个逐项条件顺序比较的过程。CASE语句中条件句的次序是不重要的，它的执行过程更接近于并行方式。一般情况下，综合后，对相同的逻辑功能，CASE语句比IF语句的描述耗用更多的硬件资源，而且有的逻辑CASE语句无法描述，只能用IF语句来描述。这是因为IF-THEN-ELSIF语句具有条件相与的功能和自动将逻辑值“-”包括进去的功能（逻辑值“-”有利于逻辑化简），而CASE语句只有条件相或的功能。

3.LOOP语句

LOOP语句就是循环语句，它可以使所包含的一组顺序语句被循环执行，其执行次数可由设定的循环参数决定，循环的方式又分为FOR LOOP和WHILE LOOP两种。格式中用“标号”来给语句定位，但也可以不使用，用方括号将“标号”括起来，表示它为任选项，主要是增强程序的可读性，尤其是当使用循环嵌套或循环体的顺序语句很长的时候。

1）FOR LOOP语句格式如下：

FOR后的循环变量是一个隐式定义，由循环体自动声明，不必事先定义。也就是说该变量不能在循环体外定义，只是在循环体内可见，而且是只读的，只能作为赋值源，不能被赋值。使用时应当注意，在LOOP语句范围内不要再使用其他与循环变量同名的标识符。

循环次数范围规定了LOOP语句中的顺序语句被执行的次数。循环变量从循环次数范围的初值开始，每执行完一次顺序语句后递增1，直至达到循环次数范围指定的最大值。

例4.14 用FOR LOOP语句实现8位奇偶校验器。

本例用b表示输入信号，它的长度为8位。用FORLOOP语句对b的值逐位进行模2加（即异或XOR）运算，循环量m控制模2加的次数。循环范围为0～7，共8次。

2）WHILELOOP语句格式如下：

与FOR LOOP语句不同的是，WHILE LOOP语句并没有给出循环次数的范围，没有自动递增循环量的功能，只是给出了循环执行顺序语句的条件。这里的循环控制条件可以是任何布尔表达式。当条件为TRUE时，继续循环；为FALSE时，跳出循环，执行“END LOOP”后的语句。

例4.15 用WHILE LOOP语句来实现例4.14的8位奇偶校验器。

VHDL综合器支持WHILE语句的条件是：LOOP的结束条件值必须是在综合时就可以决定。综合器不支持无法确定循环次数的LOOP语句。

4.NEXT语句

NEXT语句主要用在LOOP语句执行中有条件的或无条件的转向控制，跳出本次循环。它的语句格式有以下3种：

关于第一种语句格式，当LOOP内的顺序语句执行到NEXT语句时，即刻无条件终止当前的循环，跳回到本次循环LOOP语句处，开始下一次循环。

关于第二种语句格式，即在NEXT旁加“LOOP标号”后的语句功能，与求知加“LOOP标号”的功能是基本相同的，只是当有多重LOOP语句嵌套时，该语句可以跳转到指定标号的LOOP语句处，重新开始执行循环操作。

关于第三种语句格式，分句“WHEN条件表达式”是执行NEXT语句的条件，如果条件表达式的值为TRUE，则执行NEXT语句，进入跳转操作，否则继续向下执行。但当只有单层LOOP循环语句时，关键词NEXT与WHEN之间的“LOOP标号”可以如例4.16那样省去。

例4.16

例4.16中，当程序执行到NEXT语句时，如果条件判断式（b=c）的结果为TRUE，将执行NEXT语句，并返回到L1，使n加1后执行S1开始的赋值语句；否则将执行S2开始的赋值语句。

在多重循环中，NEXT语句必须如例4.17所示那样，加上跳转标号。

例4.17

当e＞f为TRUE时，执行语句NEXTLX，跳转到LX，使n加1，从S1处开始执行语句；若为FALSE，则执行S3后使m加1。

5.EXIT语句

EXIT语句也是LOOP语句的内部循环控制语句，功能与NEXT语句十分相似，其语句格式也有3种。

这里每一种语句格式与前述的NEXT语句的格式和操作功能非常相似，唯一的区别是NEXT语句的跳转方向是LOOP标号指定的LOOP语句处，当没有LOOP标号时，转跳到当前LOOP语句的循环起始点，而EXIT语句的跳转方向是LOOP标号指定的循环语句结束处，即完全跳出指定的循环外的语句。也就是说NEXT语句是跳向LOOP语句的起始点，而EX-IT语句则是跳向LOOP语句的终点。

下例是一个两元素位矢量值比较程序。在程序中，当发现比较值a和b不相同时，由EXIT语句跳出循环比较程序，并报告比较结果。

例4.18

NULL为空操作语句，是为了满足ELSE的转换。此程序先比较a和b的高位，高位是1者为大，输出判断结果TRUE或FALSE后中断比较程序；当高位相等时，继续比较低位，这里假设a不等于b。