function and task

任务和函数
在Verilog语言中提供了任务和函数，可以将较大的行为级设计划分为较小的代码段，允许设计者将需要在多个地方重复使用的相同代码提取出来，编写成任务和函数，这样可以使代码更加简洁和易懂。

1.1任务

任务的定义
任务定义的语法格式：
task<任务名>;
端口和类型声明
局部变量声明
begin
语句1;
语句1;
......
语句n;
end
endtask
任务定义是嵌入在关键字task和endtask之间的，其中关键词task标志着一个任务定义结构的开端，endtask标志着一个任务定义结构的结束。“<任务名>” 是所定义任务的名称。在"<任务名>"后面不能出现输入输入端口列表。

例以读存储器数据为例说明任务定义的操作

task read_memory;
   input[15:0] address;
   output[31:0] data;
   reg[3:0] counter;
   reg[7:0] temp[1:4];
   begin
       for(counter=1;counter<=4;counter=counter+1)
           temp[counter]=mem[address+counter-1];
       data={temp[1],temp[2],temp[3],temp[4]};
   end
endtask

任务定义时需注意以下事项：
（1）在第一行"task"语句中不能列出端口名列表。
（2）任务中可以有延时语句、敏感事件控制语句等事件控制语句。
（3）任务可以没有或可以有一个或多个输入、输出和双向端口。
（4）任务可以没有返回值，也可以通过输出端口或双向端口返回一个或多个返回值。
（5）任务可以调用其它的任务或函数，也可以调用该任务本身。
（6）任务定义结构内不允许出现过程块(initial或always过程块）。
（7）任务定义结构内可以出现disable终止语句，这条语句的执行将中断正在执行的任务。在任务被中断后，程序流程将返回到调用任务的地方继续向下执行。

2.任务调用

任务的调用是通过"任务调用语句"来实现的。任务调用语句列出了传入任务的参数值和接收结果的变量值，任务的调用格式如下:
<任务名>(端口1,端口,...,端口n);
例:以测试仿真中常用的方式来说明任务的调用

module task_tb;
reg[7:0] mem[127:0];
reg[15:0] a;
reg[31:0] b;
initial
   begin
       a = 0;
       read_mem(a,b);//任务的第一次任务调用
       #10;
       a = 64;
       read_mem(a,b);
   end
task read_memory;
input[15:0] address;
output[31:0] data;
reg[3:0] counter;
reg[7:0] temp[1:4];
   begin
       for(counter=1;counter<=4;counter=counter+1)
           temp[counter]=mem[address+counter-1];
       data={temp[1],temp[2],temp[3],temp[4]};
   end
endtask

使用任务可以使程序更加简洁易懂，以实际中的交通控制灯为例说明任务的定义，调用的特点。

module traffic_lights(red, amber, green);
output red, amber, green;
reg [2:1] order;
reg clock, red, amber, green;
parameter ON=1, OFF=0, RED_TICS=350,AMBER_TICS=30,GREEN_TICS=200;//产生时钟脉冲
always
   begin
       #100 clock = 0;
       #100 clock= 1;
end
//任务的定义，该任务用于实现交通灯的开启
task light;
output red;
output amber;
output green;
input [31:0] tic_time;
input [2:1] order;
    begin
       red = OFF;
       green = OFF;
       amber = OFF;
       case(order)
           2'1b01: red = ON;
           2'b10: green = ON;
           2'b11: amber = ON;
       endcase
       repeat(tic_time)@(posedge clock);
       red = OFF;
       green = OFF;
       amber = OFF;
   end
endtask
//任务调用，交通灯初始化
initial
   begin
       order = 2'b00;
       light(red, amber, green, 0, order);
   end
//任务调用，交通灯控制时序
always
   begin
       order=2’b01;
       light(red, amber, green,RED_TICS,order);//调用开灯任务，开红灯
       order=2'b10;
       light(red, amber, green,GREEN_TICS,order);//调用开灯任务，开绿灯
       order=2'b11;
       light(red, amber, green,AMBER_TICS,order);//调用开灯任务，开黄灯
   end
endmodule

1.2函数

1.函数的定义

function<返回值类型或位宽><函数名>;
<输入参量与类型声明>
<局部变量声明>
begin
语句1;
语句;
...
语句n;
end
endfunction
函数定义是嵌入在关键字function和endfunction之间的，其中关键词function标志着一个函数定义结构的开端，endfunction标志着一个函数定义结构的结束。"<函数名>"是给被定义函数取的名称。这个函数名在函数定义结构内部还代表着一个内部变量，函数调用后的返回值是通过这个函数名变量传递给调用语句的。

<返回值类型或位宽>是一个可选项，它是用来对函数调用返回数据的类型或宽度进行说明，它可以有如下三种形式：
（1）“[msb Isb]”：这种形式说明函数名所代表的返回数据变量时一个多位的寄存器变量，它的位宽由[ msb:lsb]指定，比函数定义语句:

function[7:0] adder;

就定义了一个函数"adder"，它的函数名"adder"还代表着一个8位宽的寄存器变量，其中最高位为第7位，最低位为第0位。
（2）“integer”：这种形式说明函数名代表的返回变量是一个整数型变量。
（3）“real”:这种形式说明函数名代表的返回变量是一个实数型变量。

"<输入参量与类型声明> "是对函数各个输入端口的宽度和类型进行说明，在函数定义中，必须至少有一个输入端口(input)的声明，不能有输出端口(output)的声明。数据类型声明语句用来对函数内用到的局部变量进行宽度和类型说明，这个说明语句的语法与进行模块定义时的相应说明语句语法是一致的。
"<局部变量说明>"是对函数内部局部变量进行宽度和类型的说明。
由"begin与"end"关键词界定的一系列语句和任务一样，用来指明函数被调用时要执行的操作，在函数被调用时，这些语句将以串行方式得到执行。

例：统计输入数据中"0"的个数

function[3:0] out;
input[7:0] x;
reg[3:0] count;
integer i;
   begin
       count=0;
       for(i=0;i<=7;i=i+1;)
           if(x[i]==1'b0)
               count=count+1;
       out0=count;
   end
endmodule
1
2
3
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6
7
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9
10
11
12
在进行函数定义时需要注意以下几点
（1）与任务一样，函数定义结构只能出现在模块中，而不能出现在过程块内。
（2）函数至少必须有一个输入端口。
（3）函数不能有任何类型的输出端口(output端口)和双向端口(inout端口）。
（4）在函数定义结构中的行为语句部分内不能出现任何类型的时间控制描述，也不允许使用disable终止语句。
（5）与任务定义一样，函数定义结构内部不能出现过程块。
（6）在一个函数内可以对其它函数进行调用，但是函数不能调用其它任务。
（7）在第一行"function"语句中不能出现端口名列表。
（8）在函数声明的时候，在Verilog的内部隐含地声明了一个名为function_identifier（函数标识符）的寄存器类型变量，函数的输出结果将通过这个寄存器类型变量被传递回来。

2．函数的调用

函数的调用是通过将函数作为表达式中的操作数来实现的。函数的调用格式如下：
<函数名>(<输入表达式1>，<输入表达式2>,...,<输入表达式n>);
其中，输入表达式应与函数定义结构中说明的输入端口一一对应，它们代表着各个输入端口的输入数据。
函数调用时要注意以下几点：
（1）函数的调用不能单独作为一条语句出现，它只能作为一个操作数出现在调用语句内。
（2）函数的调用既能出现在过程块中，也能出现在assign连续赋值语句中。
（3）函数定义中声明的所有局部寄存器都是静态的，即函数中的局部寄存器在函数的多个调用之间保持它们的值。

module tryfact_tb;
function[31:0] factorial;
   input[3:0] operand;
   reg[3:0] index;
   begin
       factorial = 1;
       for(index=1;index<=operand;index=index+1)
       factorial = index * factorial;
   end
endfunction
reg[31:0] result;
reg[3:O] n;
initial
   begin
       result=1;
       for(n=1;n<=9;n=n+1)
           begin
               result = factorial(n);
               $display("n= %d result= %d", n, result);
           end
   end
endmodule

上例由函数定义和initia|过程块构成，其中定义了一个名为factorial函数，该函数是一个进行阶乘运算的函数，具有一个4位的输入端口，同时返回一个32位的寄存器类型的值；在initial块中定义了两个寄存器变量分别为32位的result和4位的n，initial块对1至9进行阶乘运算，并打印出结果值。