VHDL中If-else和Case语句之间的区别

我想了解如何在RTL中综合VHDL代码中的不同构造。

谁能告诉我VHDL中流程的If-Else构造和 Case语句构造之间的区别，即如何通过综合工具将代码推断到RTL电路中？
一定要考虑多个嵌套if-else的情况，并在一个进程内将case语句与if-else构造混合在一起。
还有什么时候使用哪种构造？

PS：我已经看到一个相关的问题“ vhdl中正在处理多个if语句”，但是无论如何都无法回答我的问题。

vhdl code-design rtl

— 努拉卜
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我无法评论物理门的配置方式，但是在大多数发出x86汇编程序的编译器中，if-else通常作为带有条件跳转的单个检查存在（例如jg，jl，jz，jnz等），而switch以数字顺序组织案例并执行迭代dec/ jz指令，这效率更高。也许在这里应用了类似的优化。

— 多项式

@Polynomial与典型的线性编程相比，If-else和case的行为在硬件语言中有很大不同。由于HDL语句“立即”执行，因此操作码优化不是很相关。

— W5VO 2013年

Answers:

谁能告诉我VHDL中流程的If-Else构造和Case语句构造之间的区别，即如何通过综合工具将代码推断到RTL电路中？

该if-elsif-else构造推断优先级路由网络：

原理图

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

这对应于

if bool_expr_1 then
    sig <= val_expr_1;
elsif bool_expr_2 then
    sig <= val_expr_2;
elsif bool_expr_3 then
    sig <= val_expr_3;
else
    sig <= val_expr_4;
end if;

case另一方面，该构造可以推断出一个很大的混合体：

在此处输入图片说明

这对应于

case case_expr is
  when c0 =>
    sig <= val_expr_0;
  when c1 =>
    sig <= val_expr_1;
  when c2 =>
    sig <= val_expr_2;
      ...
  when others =>
    sig <= val_expr_N;
end case;

显然，这些是非常简化的设计，仅具有一个值表达式，从而产生一个输出。

一定要考虑多个嵌套if-else的情况，并在一个进程内将case语句与if-else构造混合在一起。

通过上面的内容，您可以看到它们如何嵌套/混合。

还有什么时候使用哪种构造？

由于if-else推断出优先级，因此当可能出现多个输入条件时应使用该优先级。使用case中，一个另一方面，当输入是相互排斥的是适当的。

— 安杰洛·斯塔夫罗（Angelo Stavrow）
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我知道案例陈述仅适用于单个输入条件，而if-else则适用于多个输入条件。但是这两种结构本质上都会生成多路复用器（在没有clk的情况下）。逻辑综合是否有可能优化单个输入if-else而不是单个mux，而不是单个mux？另外，什么是优先级路由网络...这不是简单的多路复用器链，而不是1个大多路复用器吗？

— nurabha

另外，当我们有一个对时钟敏感的过程时，if-else可以生成顺序元素，例如寄存器，锁存器等。case语句还可以生成顺序逻辑吗？

— nurabha

是的，优先级路由网络恰恰就是-多路复用器。if-else但是，构造的性质是该链出现的地方。第一个条件必须失败才能测试第二个条件。case构造不是这样的，这就是为什么if-else不能将一个语句作为单个大复用器进行合成的原因。

— Angelo Stavrow 2013年

是的，一条case语句也可以生成顺序逻辑。我找到了“真实世界VHDL”，这是格拉斯哥大学的一系列演讲幻灯片，可能对您有所帮助。

— Angelo Stavrow 2013年

这是一个很好的参考。

— nurabha

在此旧博客文章中，作者编写并合成了两个功能等效的VHDL代码版本。一个使用if-else，另一个使用案例。结果：

我合成了这段代码并获得了准确的结果，即使两个程序的RTL原理图也完全相同。

他的结论是：

这表明'case'和'if ... elsif ... else'语句都同样有效。但是，如果您想编写清晰的代码，则最好使用'case'。当输出取决于大量条件。但是，如果条件数量很少（2或3），则可以使用'if..elseif..else'。

关于每种可能的语言，在Stack Overflow上也有许多关于此主题的文章。结论通常是相同的，即在性能方面没有区别。有时，如果存在大量情况，则编译器可能足够聪明，可以创建一个查找表，从而产生更好的性能。

VHDL合成器可能能够执行类似的操作。但是您仍然需要大量的案例，在这种情况下（双关语意味深长），您可能仍想使用一个case语句，因为它在存在大量选项的情况下提供了更好的可读性。

— 嵌入式凯尔
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