Verilog基础：时序调度中的竞争（二）

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Verilog基础https://blog.csdn.net/weixin_45791458/category_12263729.html?spm=1001.2014.3001.5482

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        作为一个硬件描述语言，Verilog HDL常常需要使用语句描述并行执行的电路，但其实在仿真器的底层，这些并行执行的语句是有先后顺序的，然而Verilog标准并没有将这些事件调度的顺序定死，而是给予了仿真器厂商一定的自由去实现自己的产品，这就导致了设计者如果不遵循一定的编程习惯，会导致意想不到的仿真结果，下面是一些相关的规则。

2、在创建分频时钟时，使用阻塞赋值

        在描述一个对时钟沿敏感的时序逻辑时，普遍的建议是使用非阻塞赋值去描述寄存器操作。但这不是绝对的，当这个寄存器操作的对象是生成时钟时，如果使用了非阻塞赋值，就有可能造成仿真出现错误，下面就是一个时钟竞争的例子。

`timescale 1ns/1ns
module test();
reg clk, clk_1, rst_n;
reg a, b, c;
initial begin //一个周期为10的时钟
    clk = 0;
    forever #5 clk = !clk;
end

//第一个always块
always@(posedge clk, negedge rst_n) begin //一个分频时钟，周期为20
    if(!rst_n) begin
        clk_1 <= 1'b0;
    end
    else begin
        clk_1 <= !clk_1;
    end
end

//第二个always块
always@(posedge clk, negedge rst_n) begin //第一个寄存器使用原时钟触发
    if(!rst_n) begin
        b <= 1'b0;
    end
    else begin
        b <= a;
    end
end

//第三个always块
always@(posedge clk_1, negedge rst_n) begin //第二个寄存器使用分频时钟触发
    if(!rst_n) begin
        c <= 1'b0;
    end
    else begin
        c <= b;
    end
end


initial begin
    rst_n = 0;
    #3 rst_n = 1;
end

initial begin
    a  = 1;
    #24 a = 0;
end
endmodule

        上面是一个很简单的例子，即两个寄存器对输入打两拍，不过第一个寄存器使用10ns的周期，第二个寄存器使用20ns的周期。竞争会出现在两个时钟的上升沿重合时，此时可能的事件调度过程分析如下。

1. initial块中的clk取反后为高电平，触发第一个always块和第二个always块。如Verilog基础：时序调度中的竞争（一）所说，这两个块的执行顺序是不定的。
2. 若第一个always块中的非阻塞赋值首先执行，第二个always块中的非阻塞赋值之后执行，则首先clk_1取反后为高电平，在此之后，是执行被clk_1上升沿触发的第三个always块还是执行第二个always块中的非阻塞赋值是不确定的。若先执行第二个always块后再执行第三个always块，则c会直接得到a的值，而不会有任何等待。若先执行第三个always块后执行第二个always块，则是正常打拍。
3. 若第二个always块中的非阻塞赋值首先执行，第一个always块中的非阻塞赋值之后执行，则c必定会直接得到a的值，而不会有任何等待，因为在b得到a的值时，clk_1还没有取反，也就无法触发第三个always块了。

        因为在25ns时，两个时钟的上升沿重合，所以在24ns时我们将a拉低，测试波形如图1所示。

图1 一个有竞争的波形图

        可以看到在a=0后的下一个上升沿，b和c同时被拉低，这就是竞争所导致的结果。解决这个问题也很简单，只需要将第一个always块中的非阻塞赋值改为阻塞赋值即可，如下所示。

always@(posedge clk, negedge rst_n) begin //一个分频时钟，周期为20
    if(!rst_n) begin
        clk_1 = 1'b0;
    end
    else begin
        clk_1 = !clk_1;
    end
end

         这样做有什么用？这样能保证在第二个always块的非阻塞赋值真正完成前（非阻塞赋值分为两步，第一步为右值计算，第二步为真正完成），第三个always块已被触发。下面是修改后没有竞争的波形。