迴圈是程式設計中最為重要的一環，因為他可以根據我們的設定重複執行某一項事情。 Verilog 也不例外，他包含 while, for, repeat, forever 等四種迴圈。在撰寫計數器的測試檔案時，我們曾使用過 for 迴圈來幫助執行，今天我們要來完整介紹這個主題。

雖然概念相同，但是在使用之前，我們還是要先徹底了解他的運作規則。因為迴圈搭配不同的電路可以產生不同的結果，如：分別搭配 Blocking 和 Nonblocking 就可能產生不同的結果。

註：所有迴圈都要被放置在 initial block 或 always block 中

While Loop

先來看看 while 迴圈的語法，概念就和軟體設計一樣。當符合條件 (condition == True) 時，就會執行，且會不斷執行直到條件不符合！

while ( <condition> ) begin
    // statements
end

舉一個例子吧。

reg [3:0] cnt;
initial begin
    cnt = 1;
    while (cnt <= 10) begin
        $display("cnt: %d", cnt);
        cnt = cnt + 1;
    end
end

要特別注意的是 reg 要宣告足夠的數量。如果上述的宣告為 reg cnt ，那麼 while 迴圈不可能被終止，因為 cnt 只有 0, 1 兩種數值，無法到達更大的數值。

For Loop

For 迴圈的語法需要包含三個部分：初始條件、終止條件、變化。語法如下：

for (<init> ; <terminate> ; <changes>) begin
    // statements
end

試試用 for 迴圈來改寫 while 迴圈吧！

reg [3:0] cnt;
initial begin
    for (cnt = 1; cnt <= 10 ; cnt = cnt + 1) begin
        $display("cnt: %d", cnt);
    end
end

Repeat

Repeat 的中文是「重複」。而這種迴圈的功能也很簡單明瞭，只需要指定迴圈執行次數即可。語法如下：

repeat( <cycle> ) begin
    // statements
end

<cycle> 除了可以直接給數值，也可以透過變數給值。特別要注意的是如果 <cycle> 在過程中被更動數值，不會影響執行圈數，舉一個例子就可以了解了！

reg [3:0] cnt;
initial begin
    cnt = 6;
    repeat(cnt) begin
        $display("cnt: %d", cnt);
        cnt --;
    end
end

雖然變數 cnt 不斷在改變，但是 repeat 執行的圈數始終不變，因為圈數的設定在開始後就不能再被更動了。

Forever

這種迴圈會不斷被執行，結束迴圈的唯一方式是終止程式。

Forever 最常用於產生時脈：

initial #50 $finish;
initial begin
    clk = 0;
    forever begin 
        #5 clk = ~clk;
        $display("clk: %b", clk);
    end
end

如果將兩個 initial 合併會發生什麼事？程式碼如下：

initial begin
    clk = 0;
    forever begin 
        #5 clk = ~clk;
        $display("clk: %b", clk);
    end
    #50 $finish;
end

這個程式不可能會停止，因為 $finish 要被執行前，要先把 forever loop 結束掉，但這是不可能的，因此我們要把他分成兩個程式區塊來進行。

迴圈的語法跟使用很簡單，難的點在於內部電路會怎麼被執行，這部分還是要依賴經驗的累積。