for语句在硬件里的使用并不频繁，一方面是因为for语句循环几次，就是将相同的电路复制几次，因此循环次数越多，占用面积越大， 综合就越慢，for语句的使用就很占用硬件资源，另一方面是因为在设计中往往是采用时序逻辑设计用到for循环的地方不多。

generate for 与 always for用法与区别

generate for

• 首先需要定义genvar，作为 generate中的循环变量。
• generate语句中定义的for语句，必须要有begin，为后续增加标签做准备。
• begin后要有名称，也就是要有标签，因为标签会作为generate循环的实例名称。

可以使用在generate语句中的类型主要有：

• module（模块）
• UDP（用户自定义原语，不常用）
• 门级原语
• 连续赋值语句
• initial或always语句

generate的注意事项可参考：https://blog.csdn.net/moon9999/article/details/106969615

1. 同一个文件中，generate for循环每次的循环变量名称不能重复，否则lint检查会报错，这也意味着generate不是一个完整的命名空间域吧；

generate
    genvar i;
    for(i=0; i<10; i=i+1)begin: RTL1
        ...
    end
endgenerate

generate
    genvar i;
    for(i=0; i<10; i=i+1)begin: RTL2
        ...
    end
endgenerate

2. generate 后跟begin end可以避免这一报错，但是verilog2005标准中已经明确禁止这种写法(generate begin-end)，所以就乖乖的为每一个generate for定义一个genvar变量吧；

3. 把genvar定义在generate之外的话，两个generate都使用了这个变量，那么编译/lint/nlint都不会报错，甚至warning都不会报出，但是却可能引起仿真陷入死循环，也是不推荐，就乖乖定义genvar好了；

genvar i;
generate
    for(i=0; i<PORT_NUM; i=i+1)begin:gen_data
        assign data_in[i*DATA_WD +:DATA_WD] = data_arr[i];
    end
endgenerate

generate
    for(i=0; i<PORT_NUM; i=i+1)begin:gen_data_tmp
        assign data_in_tmp[i*DATA_WD +:DATA_WD] = data_arr[i];
    end
endgenerate

4. genvar定义的变量不要用在always中循环使用，这种场景下乖乖在always里定义integer；

    genvar i; // fail
    always @(*)begin: gain_data
        //integer i;  //yes
        vld  = 0;
        data = 0;
        cnt  = 0;				
        for(i=0; i<PORT_NUM; i=i+1)begin
            if(in_vld[i])begin
                vld  = 1'b1;
                cnt  = cnt + {DATA_WD{1'b1}};
                data = in_data[DATA_WD*i +:DATA_WD];
            end
        end
    end

5. if-generate(或case-generate)的每一个if-else块也建议有一个名字，而不只是always块有名字。尽管在编译和lint检查时不会报错，但是可能会引发后续的formal报错，这是听一位大佬说的，不过说实话，我平时也不加这个名字；

6. generate中的代码块名字不要与文件中定义的信号名重复；

reg inst_rtl;
genvar j;
generate
	for(i=0; i<3; i=i+1)begin:inst_rtl
		flow_proc U_PROC(clk, rst_n, data_vld, in_data);
	end
endgenerate

7. generate for里的参数必须直接调用，例如for(i=0; i<DEPTH; i=i+1)，不能够出现运算例如for(i=0; i<DEPTH*5; i=i+1)，如果一定需要这样做，那么要将参数提前处理好再拿来用；

8. generate for中支持data[3i+8 : 3i]的取值方式，但是单纯的for循环不支持，只支持data[3i +: 8]写法；

   这是Verilog2001新加的语法：Verilog-2001向量部分选择

   在Verilog-1995中，可以选择向量的任一位输出，也可以选择向量的连续几位输出，不过此时连续几位的始末数值的index需要是常量。而在Verilog-2001中，可以用变量作为index，进行part select。

         [base_expr +: width_expr] //positive offset
   
         [base_expr -: width_expr] //negative offset  
   

   ​ 其中base_expr可以是变量，而width_expr必须是常量。+：表示由base_expr向上增长width_expr位，-：表示由base_expr向上递减width_expr位。

always for

• always for循环的主要功能用于赋值和延迟两个功能
• 需要定义integer类型变量。
• 异步复位时序逻辑always @下面第一行必须是异步复位，不能有for循环，否则综合工具会报错。

区别

• generate-for 循环适用于物理结构随参数变化的模块，always for 循环适用于物理结构不变的。
• generate-for 每个循环产生一个实例，由于for 循环在 always 模块内部，只产生一个 always 实例。
• genvar循环用于产生多套电路，各套电路之间必须独立；integer循环可以用于同一个逻辑的累积赋值，例如累加，但是也可以用于多套独立组合逻辑描述。

generate for和always for 语句用法与电路结构对比可参考：

https://blog.csdn.net/weixin_44544687/article/details/109720389

流水线乘法实现

Verilog代码：

`timescale 1ns / 1ps
//牛客第56题，流水线乘法器
		
module multi_pipe#(
	parameter size = 4
)(
	input 						clk 		,   
	input 						rst_n		,
	input	[size-1:0]			mul_a		,
	input	[size-1:0]			mul_b		,
 
 	output	reg	[size*2-1:0]	mul_out		
);

	parameter N = size*2;
    wire [N-1:0] temp [size-1:0];
    reg	[size*2-1:0]	mul_out1,mul_out2,mul_out3;	
//    genvar定义的变量不要用在always中循环使用
//    genvar i;
//    generate
//        for (i =0;i<size;i=i+1)
//        begin :emnnnn
//            always @(posedge clk or negedge rst_n)
//            begin
//                if(!rst_n ) temp[i] <= 0;
//                else
//                    temp[i] <= mul_b[i]?mul_a<<i:'d0;
//            end
//        end
//    endgenerate
    genvar i;
    generate
        for(i = 0; i < 4; i = i + 1)begin : loop
            assign temp[i] = mul_b[i] ? mul_a << i : 'd0;
        end
    endgenerate
    
//    第一种（正确）
    always @(posedge clk or negedge rst_n)
            begin
                if(!rst_n ) mul_out <= 0;
                else
                    mul_out <= temp[0] + temp[1]+temp[2]+temp[3];
            end
         
//     第二种（错误）   
//     genvar定义的变量不要用在always中循环使用，这种场景下建议在always里定义integer，或更改写法     
    genvar j;//一个 genvar 变量可用于多个 generate 循环,但不建议
    generate
		  for (j =0;j<size;j=j+1)
		  begin :emnnn
			  always @(posedge clk or negedge rst_n)
			  begin
				  if(!rst_n ) mul_out1 <= 0;
				  else
					  mul_out1 <= mul_out1 + temp[j];
			  end
		  end
    endgenerate
    
//    第三种（正确，结果和第一种存在差异）
//    这种写法要使用阻塞赋值
	integer k;
	always @(temp)
	begin
		if(!rst_n ) mul_out2 <= 0;
		else
		 for(k = 0;k<size ;k=k+1)
			mul_out2 = mul_out2 + temp[k];
	end
	
//	第四种，作为对比（错误）
// 使用非阻塞赋值，与上面阻塞赋值进行对比
	integer m;
	always @(temp)            
	begin             	
		if(!rst_n ) mul_out3 <= 0;
		else  
			for (m=0;m<size;m=m+1)
				mul_out3 <= mul_out3 + temp[m];
	end
	  
endmodule

Tb代码:

`timescale 1ns / 1ps

module multi_pipe_tb(

    );
    reg clk;
    reg rst_n;
    reg [3:0] mul_a;
    reg [3:0] mul_b;
    wire [7:0] mul_out;
    parameter size = 4;
    
    initial begin
    clk = 0;
    rst_n = 0;
    mul_a = 0;mul_b = 0;
    #10 rst_n =1;
    #10 mul_a = 4;mul_b =14;
    #500 mul_a = 5;mul_b = 8;
    end
    
    always #5 clk = ~clk;
    
    multi_pipe #(size) multi_pipe(clk,rst_n,mul_a,mul_b,mul_out);
    
endmodule

mul_out1和mul_out3的结果可以看到结果为temp[3]的值，这是由于always语句中使用非阻塞赋值<=时，是在always结束后才把值赋给左边的寄存器，因此才出现了上面的情况。需要注意的是，mul_out2是将mul_out3的非阻塞赋值改为阻塞赋值可以得到正确结果，但是由于always块是并行的，将mul_out1改为阻塞赋值依旧得到的是错误的结果。