多工器 Mux 常用的描述方法

在處理 if-else 或 Mux 的時候，在 verilog 裡面有下列三種方式：

1. 三元運算子
2. if-else
3. case

三元運算子

使用方式：

assign 輸出 = (條件) ? 符合條件的值: 不符合條件的值;

由於 assign 可以用一行就描述 Combinational Circuit，除了可以描述邏輯之間的關係（and、or、not…）外，也可以利用三元運算子，來描述 if-else 的電路，這是一個簡便的表示方式。
注意：

• 式子左邊的輸出，必須要是 wire 的型別。
• ? 一定要搭配 : 使用，這兩個一定是成對出現的。

assign out = ( sel_i == 2'b00 ) ? result1 :
             ( sel_i == 2'b01 ) ? result2 :
             ( sel_i == 2'b10 ) ? result3 :
                                  result4 ;

但是建議同學在寫這種超過一種條件式子的時候，最好還是使用 if-else 或 case 來書寫，這樣才比較清楚。只有當式子簡潔簡單的時候才會使用這種三元運算子。例如： assign a = ( b > c ) ? b : c ; 類似這種一行簡單的判斷最大值之類的。

if-else

使用方式：
寫法一：

always @(*)begin
    if( 條件一 )begin
        ...
    end else if( 條件二 )begin
        ...
    end else begin
        ...
    end
end

寫法二

always @(*)begin
    ... //default
    if( 條件一 )begin
        ...
    end else if( 條件二 )begin
        ...
    end
end

在使用 if-else 的時候，有上述兩種寫法，不管是哪種寫法，都一定要將 else 寫出來，以避免產生不必要的 latch (之後課程會提到)，造成合成出來的結果不如預期，第二種寫法是先將預設值先寫到 if 的前面，以避免產生 latch，這樣當變數很多的時候，有助於程式碼的理解，且不易混淆，比較好 debug。因此建議同學將 else 的情況放到 if 前面。

• 式子左邊的輸出，必須要是 reg 的型別。
• 所有可能條件都需要考慮到。
• if-else 的描述必須包含在 always block 裡面。

always @(*)begin
    out = result4;
    if( sel_i == 2'b00 )begin
        out = result1;
    end else if( sel_i == 2'b01 )begin
        out = result2;
    end else if( sel_i == 2'b10 )begin
        out = result3;
    end
end

case

使用方式：
寫法一：

always @(*)begin
    case(變數)
        值一:
            ...
        值二:
            ...
        ...
        default:
    endcase
end

寫法二：

always @(*)begin
    ... //default
    case(變數)
        值一:
            ...
        值二:
            ...
        ...
    endcase
end

在使用 case 的敘述的時候，必須考慮所有的條件，假設條件裡的變數有三個 bit，則 case 中應該要有 2^3=8 種的 case 全部都寫出來，不然也可以寫某幾種的 case，其他情況寫到 default 裡面，建議同學可以多利用第二種方法，將 default 寫在 case 的前面，這樣當變數很多的時候，有助於程式碼的理解，且不易混淆，比較好 debug。

• 式子左邊的輸出，必須要是 reg 的型別。
• 必須要將 default 的情況寫出來。
• case 的描述必須包含在 always block 裡面。

always @(*)begin
    case(sel_i)
        2'b00:begin
            out = result1;
        end
        2'b01:begin
            out = result2;
        end
        2'b10:begin
            out = result3;
        end
        2'b11:begin
            out = result4;
        end
    endcase
end

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最後比較一下三種的描述方式：

1. 三元運算子 ( ? : )：比較常用來描述單一、簡單的條件式，可以用一行表示的式子。
2. if-else：用來做比較複雜的條件判斷，比較清楚，增加可讀性和理解。
3. case：常被用來針對同一個變數的不同值來處理的時候，像是 sequential circuit 的 state，針對同一個變數來判斷的情形。

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