Verilog HDL——阻塞、非阻塞用法

##阻塞赋值

阻塞赋值操作符用等号(即 = )表示。为什么称这种赋值为阻塞赋值呢?这是因为在赋值时先计算等号右手方向(RHS)部分的值,这时赋值语句不允许任何别的Verilog语句的干扰,直到现行的赋值完成时刻,即把RHS赋值给 LHS的时刻,它才允许别的赋值语句的执行。一般可综合的阻塞赋值操作在RHS不能设定有延迟,(即使是零延迟也不允许)。从理论上讲,它与后面的赋值语句只有概念上的先后,而无实质上的延迟。 若在RHS 加上延迟,则在延迟期间会阻止赋值语句的执行, 延迟后才执行赋值,这种赋值语句是不可综合的,在需要综合的模块设计中不可使用这种风格的代码。

阻塞赋值的执行可以认为是只有一个步骤的操作:

计算RHS并更新LHS,此时不能允许有来自任何其他Verilog语句的干扰。 所谓阻塞的概念是指在同一个always块中,其后面的赋值语句从概念上(即使不设定延迟)是在前一句赋值语句结束后再开始赋值的。

如果在一个过程块中阻塞赋值的RHS变量正好是另一个过程块中阻塞赋值的LHS变量,这两个过程块又用同一个时钟沿触发,这时阻塞赋值操作会出现问题,即如果阻塞赋值的次序安排不好,就会出现竞争。若这两个阻塞赋值操作用同一个时钟沿触发,则执行的次序是无法确定的。下面的例子可以说明这个问题。

[例1]. 用阻塞赋值的反馈振荡器

module fbosc1 (y1, y2, clk, rst);

output y1, y2;

input clk, rst;

reg y1, y2;

always @(posedge clk or posedge rst)

if (rst) y1 = 0; // reset

else y1 = y2;

always @(posedge clk or posedge rst)

if (rst) y2 = 1; // preset

else y2 = y1;

endmodule

按照IEEE Verilog 的标准,上例中两个always块是并行执行的,与前后次序无关。如果前一个always块的复位信号先到0时刻,则y1 和y2都会取1,而如果后一个always块的复位信号先到0时刻,则y1 和y2都会取0。这清楚地说明这个Verilog模块是不稳定的会产生冒险和竞争的情况。

##非阻塞赋值

非阻塞赋值操作符用小于等于号 (即 <= )表示。为什么称这种赋值为非阻塞赋值?这是因为在赋值操作时刻开始时计算非阻塞赋值符的RHS表达式,赋值操作时刻结束时更新LHS。在计算非阻塞赋值的RHS表达式和更新LHS期间,其他的Verilog语句,包括其他的Verilog非阻塞赋值语句都能同时计算RHS表达式和更新LHS。非阻塞赋值允许其他的Verilog语句同时进行操作。非阻塞赋值的操作可以看作为两个步骤的过程:

  1. 在赋值时刻开始时,计算非阻塞赋值RHS表达式。

  2. 在赋值时刻结束时,更新非阻塞赋值LHS表达式。

非阻塞赋值操作只能用于对寄存器类型变量进行赋值,因此只能用在"initial"块和"always"块等过程块中。非阻塞赋值不允许用于连续赋值。下面的例子可以说明这个问题:

[例2]. 用非阻塞赋值的反馈振荡器

module fbosc2 (y1, y2, clk, rst);

output y1, y2;

input clk, rst;

reg y1, y2;

always @(posedge clk or posedge rst)

if (rst) y1 <= 0; // reset

else y1 <= y2;

always @(posedge clk or posedge rst)

if (rst) y2 <= 1; // preset

else y2 <= y1;

endmodule

同样,按照IEEE Verilog 的标准,上例中两个always块是并行执行的,与前后次序无关。无论哪一个always块的复位信号先到, 两个always块中的非阻塞赋值都在赋值开始时刻计算RHS表达式,,而在结束时刻才更新LHS表达式。所以这两个always块在复位信号到来后,在always块结束时 y1为0而y2为1是确定的。从用户的角度看这两个非阻塞赋值正好是并行执行的。


掌握可综合风格的Verilog模块编程的八个原则会有很大的帮助。在编写时牢记这八个要点可以为绝大多数的Verilog用户解决在综合后仿真中出现的90-100% 的冒险竞争问题。

  1. 时序电路建模时,用非阻塞赋值。

  2. 锁存器电路建模时,用非阻塞赋值。

  3. 用always块建立组合逻辑模型时,用阻塞赋值。

  4. 在同一个always块中建立时序和组合逻辑电路时,用非阻塞赋值。

  5. 在同一个always块中不要既用非阻塞赋值又用阻塞赋值。

  6. 不要在一个以上的always块中为同一个变量赋值。

  7. 用$strobe系统任务来显示用非阻塞赋值的变量值

  8. 在赋值时不要使用 #0 延迟

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