Verilog中函数function的使用

函数的功能和任务的功能类似，但二者还存在很大的不同。

1．函数的定义

函数通过关键词 function 和 endfunction 定义，不允许输出端口声明（包括输出和双向端口） ，但可以有多个输入端口。函数定义的语法如下：

function [range] function_id; 
   input_declaration 
   other_declarations 
   procedural_statement 
endfunction

其中，

function 语句标志着函数定义结构的开始；

[range]参数指定函数返回值的类型或位宽，是一个可选项，若没有指定，默认缺省值为 1 比特的寄存器数据；

function_id 为所定义函数的名称，对函数的调用也是通过函数名完成的，并在函数结构体内部代表一个内部变量，函数调用的返回值就是通过函数名变量传递给调用语句；

input_declaration 用于对寒暑各个输入端口的位宽和类型进行说明，在函数定义中至少要有一个输入端口；

endfunction为函数结构体结束标志。下面给出一个函数定义实例。它的主要功能是判断输入的字符是否为数字（包含0~9，A~F，a~f）；如果是，就输出数字；如果不是，就将最MSB置位；源码及注释为：

//***************************************************************************
// Tasks and Functions
//***************************************************************************
 
	// This function takes the lower 7 bits of a character and converts them
	// to a hex digit. It returns 5 bits - the upper bit is set if the character
	// is not a valid hex digit (i.e. is not 0-9,a-f, A-F), and the remaining
	// 4 bits are the digit
	function [4:0] to_val;
    	input [6:0] char;
	begin
    	if ((char >= 7'h30) && (char <= 7'h39)) // 0-9
    	begin
      		to_val[4]   = 1'b0;
			to_val[3:0] = char[3:0];
    	end 
        else if (((char >= 7'h41) && (char <= 7'h46)) || // A-F
			((char >= 7'h61) && (char <= 7'h66)) )  // a-f
		begin
    		to_val[4]   = 1'b0;
    		to_val[3:0] = char[3:0] + 4'h9; // gives 10 - 15
    	end 
        else begin
			to_val      = 5'b1_0000;
    	end
	end
	endfunction

关于这个function，有几个问题；

1. 这段代码在电路上是如何实现的？是像描述那样，完全的组合电路吗？
2. 电路的复杂程度，需要考虑单周期内的电路延迟吗？
3. 能否综合？

function写法

function的标准写法如下：

function <返回值的类型或范围>(函数名);
    <端口说明语句>		// input XXX
    <变量类型说明语句>		// reg YYY
    ......
begin
    <语句>
    ......
    函数名 = ZZZ;			// 函数名就相当于输出变量;
end
endfunction

语法

函数的语法为：

1. 定义函数时至少要有一个输入参量；可以按照ANSI和module形式直接定义输入端口。例如：

function[63:0] alu (input[63:0] a, b, input [7:0] opcode);

2. 在函数的定义中必须有一条赋值语句给函数名具备相同名字的变量赋值；

3. 在函数的定义中不能有任何的时间控制语句，即任何用#，@或wait来标识的语句。

4. 函数不能启动任务。

如果描述语句是可综合的，则必须所有分支均赋值，不予存在不赋值的情况，只能按照组合逻辑方式描述。

function与触发器电路结合

function本身表述的是组合电路，但可以赋值给某个触发器；

module func_test(
    input 			rst_n,
    input 			clk,
    input [6:0] 	func_i,
    output reg [4:0] 	func_o
    );
 
//***************************************************************************
// Tasks and Functions
//***************************************************************************
 
	// This function takes the lower 7 bits of a character and converts them
	// to a hex digit. It returns 5 bits - the upper bit is set if the character
	// is not a valid hex digit (i.e. is not 0-9,a-f, A-F), and the remaining
	// 4 bits are the digit
	function [4:0] to_val;
    	input [6:0] char;
	begin
    	if ((char >= 7'h30) && (char <= 7'h39)) // 0-9
    	begin
      		to_val[4]   = 1'b0;
			to_val[3:0] = char[3:0];
    	end else if (((char >= 7'h41) && (char <= 7'h46)) || // A-F
			((char >= 7'h61) && (char <= 7'h66)) )  // a-f
		begin
    		to_val[4]   = 1'b0;
    		to_val[3:0] = char[3:0] + 4'h9; // gives 10 - 15
    	end else begin
			to_val      = 5'b1_0000;
    	end
	end
	endfunction
 
 
wire [4:0] func_wire;
 
assign func_wire = to_val(func_i); //函数的调用
 
always @ (posedge clk or negedge rst_n ) begin
	if ( !rst_n ) begin
		func_o <= 5'b0;
	end else begin
		func_o <= func_wire;
	end
end
 
endmodule

电路中，function对应的功能为判断输入字符是否为数字；而always描述数据的存储过程。于是电路被清晰地划分为两部分：

1. 计算函数部分，此部分为纯组合电路实现；
2. D触发存储部分。
如果只是简单的上述组合逻辑，工作频率不高，是完全可以使用该语法的。但考虑到函数的复杂程度，比如许多超越函数，就需要进行分解；

函数调用中，有下列几点需要注意：
（1）函数调用可以在过程块中完成，也可以在assign 这样的连续赋值语句中出现。
（2）函数调用语句不能单独作为一条语句出现，只能作为赋值语句的右端操作数。

verilog 中function定义是里面能用always吗?
不能，

函数function的定义不能包含有任何的时间控制语句，即任何用＃、@、或wait来标识的语句。

Verilog HDL中什么叫做过程块？
过程块有两种：initial块(只执行一次) 、always块（只要条件满足，就循环执行）