非阻塞賦值和阻塞賦值

在Verilog HDL語言中，信號有兩種賦值方式：非阻塞(Non_Blocking)賦值方式和阻塞(Blocking)賦值方式。

(1)非阻塞賦值方式。

典型語句：b <= a;

① 塊結(jié)束后才完成賦值操作。

② b的值并不是立刻就改變的。

③ 這是一種比較常用的賦值方法，特別在編寫可綜合模塊時。

(2)阻塞賦值方式。

典型語句：b = a;

① 賦值語句執(zhí)行完后，塊才結(jié)束。

② b的值在賦值語句執(zhí)行完后立刻就改變。

③ 可能會產(chǎn)生意想不到的結(jié)果。

非阻塞賦值方式和阻塞賦值方式的區(qū)別常給設(shè)計人員帶來問題。問題主要是給“always”塊內(nèi)的reg型信號的賦值方式不易把握。到目前為止，前面所舉的例子中的“always”模塊內(nèi)的reg型信號都是采用下面的這種賦值方式：

b <= a;

這種方式的賦值并不是馬上執(zhí)行的，也就是說“always”塊內(nèi)的下一條語句執(zhí)行后，b并不等于a，而是保持原來的值。“always”塊結(jié)束后，才進(jìn)行賦值。而另一種賦值方式阻塞賦值方式，如下所示：

b = a;

這種賦值方式是馬上執(zhí)行的，也就是說執(zhí)行下一條語句時，b已等于a。盡管這種方式看起來很直觀，但是可能引起麻煩。下面舉例說明。

例1：非阻塞賦值。

always @（ posedge clk ） begin

      b<=a;

      c<=b;

end

例1中的“always”塊中用了非阻塞賦值方式，定義了兩個reg型信號b和c。clk信號的上升沿到來時，b就等于a，c就等于b，這里應(yīng)該用到了兩個觸發(fā)器。需要注意的是賦值是在“always”塊結(jié)束后執(zhí)行的，c應(yīng)為原來b的值。這個“always”塊實(shí)際描述的電路功能如圖1所示。

例2：阻塞型賦值。

always @（posedge  clk） begin

      b=a;

      c=b;

end

例2中的“always”塊用了阻塞賦值方式。clk信號的上升沿到來時，將發(fā)生如下的變化：b馬上取a的值，c馬上取b的值（即等于a）。綜合的電路如圖2所示。

                       圖1  非阻塞賦值綜合電路                   圖2  阻塞賦值綜合電路

它只用了一個觸發(fā)器來寄存a的值，并同時輸出給b和c。這不是設(shè)計者的初衷，如果采用例3.5所示的非阻塞賦值方式就可以避免這種錯誤。

塊語句

塊語句通常用來將兩條或多條語句組合在一起，使其在格式上看更像一條語句。塊語句有兩種：一種是begin_end語句，通常用來標(biāo)識順序執(zhí)行的語句，用它來標(biāo)識的塊稱為順序塊；另一種是fork_join語句，通常用來標(biāo)識并行執(zhí)行的語句，用它來標(biāo)識的塊稱為并行塊。下面進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

1．順序塊

順序塊有以下特點(diǎn)。

（1）塊內(nèi)的語句是按順序執(zhí)行的，即只有上面一條語句執(zhí)行完后下面的語句才能執(zhí)行。

（2）每條語句的延遲時間是相對于前一條語句的仿真時間而言的。

（3）直到最后一條語句執(zhí)行完，程序流程控制才跳出該語句塊。

順序塊的格式如下：

begin

      語句1;

      語句2;

      ......

      語句n;

end

或者：

begin:塊名

      塊內(nèi)聲明語句

      語句1;

      語句2;

      ......

      語句n;

end

其中：

（1）塊名即該塊的名字，是一個標(biāo)識符，其作用后面再詳細(xì)介紹。

（2）塊內(nèi)聲明語句可以是參數(shù)聲明語句，reg型變量聲明語句，integer型變量聲明語句或者real型變量聲明語句。

下面舉例說明。

例3：順序塊。 

begin

      areg = breg;

      creg = areg;  //creg的值為breg的值

end

從該例可以看出，第一條賦值語句先執(zhí)行，areg的值更新為breg的值。然后程序流程控制轉(zhuǎn)到第二條賦值語句，creg的值更新為areg的值。因?yàn)檫@兩條賦值語句之間沒有任何延遲時間，creg的值實(shí)為breg的值。當(dāng)然可以在順序塊里延遲控制時間來分開兩個賦值語句的執(zhí)行時間，如例4所示。

例4：加延時順序塊。

begin

      areg = breg;

      #10 creg = areg;   //在兩條賦值語句間延遲10個時間單位

end

2．并行塊

并行塊有以下4個特點(diǎn)。

（1）塊內(nèi)語句是同時執(zhí)行的，即程序流程控制一進(jìn)入該并行塊，塊內(nèi)語句則開始同時并行地執(zhí)行。

（2）塊內(nèi)每條語句的延遲時間是相對于程序流程控制進(jìn)入到塊內(nèi)時的仿真時間的。

（3）延遲時間是用來給賦值語句提供執(zhí)行時序的。

（4）當(dāng)按時間時序排序在最后的語句執(zhí)行完后或一個disable語句執(zhí)行時，程序流程控制跳出該程序塊。

并行塊的格式如下：

fork

      語句1;

      語句2;

      .......

      語句n;

join

或者：

fork:塊名

      塊內(nèi)聲明語句

      語句1;

      語句2;

      ......

      語句n;

join

其中：

（1）塊名即標(biāo)識該塊的一個名字，相當(dāng)于一個標(biāo)識符。

（2）塊內(nèi)說明語句可以是參數(shù)說明語句、reg型變量聲明語句、integer型變量聲明語句、real型變量聲明語句、ime型變量聲明語句或者事件（event）說明語句。

下面舉例說明。

例5：并行塊1。

fork

      #50   r = 'h35;      //在絕對時間50單位后，r被賦值

      #100  r = 'hE2;      //在絕對時間100單位后（非絕對時間150），r再次被賦值

      #150  r = 'h00;

      #200  r = 'hF7;

      #250  ->  end_wave;  //在絕對時間250單位后，觸發(fā)事件end_wave

join

在這個例子中用并行塊來替代前面例子中的順序塊來產(chǎn)生波形，用這兩種方法生成的波形是一樣的。

3．塊名

在Verilog HDL語言中，可以給每一個塊取名字，只需將名字加在關(guān)鍵詞begin或fork后面即可，這樣做的原因有以下幾點(diǎn)。

（1）這樣可以在塊內(nèi)定義局部變量，即只在塊內(nèi)使用的變量。

（2）這樣可以允許塊被其他語句調(diào)用，如被disable語句調(diào)用。

（3）在Verilog語言里，所有的變量都是靜態(tài)的，即所有的變量都只有一個惟一的存儲地址，因此進(jìn)入或跳出塊并不影響存儲在變量內(nèi)的值。

基于以上原因，塊名就提供了一個在任何仿真時刻確認(rèn)變量值的方法。需要注意的是，塊名和變量名一樣，都不能是關(guān)鍵詞。

4．起始時間和結(jié)束時間

在并行塊和順序塊中都有一個起始時間和結(jié)束時間的概念。對于順序塊，起始時間就是第一條語句開始被執(zhí)行的時間，結(jié)束時間就是最后一條語句執(zhí)行完的時間。而對于并行塊來說，起始時間對于塊內(nèi)所有的語句是相同的，即程序流程控制進(jìn)入該塊的時間，其結(jié)束時間是按時間排序在最后的語句執(zhí)行完的時間。

當(dāng)一個塊嵌入另一個塊時，塊的起始時間和結(jié)束時間是很重要的。跟在塊后面的語句只有在該塊的結(jié)束時間到了才能開始執(zhí)行，也就是說，只有該塊完全執(zhí)行完后，后面的語句才可以執(zhí)行。

在fork_join塊內(nèi)，各條語句不必按順序給出，因此在并行塊里，各條語句在前還是在后是無關(guān)緊要的，如下所示。

例6：并行塊2。

fork

      #250  -> end_wave;       //按下面幾條語句順序執(zhí)行結(jié)果和例［6］的執(zhí)行結(jié)果一樣

      #200  r = 'hF7;

      #150  r = 'h00;

      #100  r = 'hE2;

      #50   r = 'h35;

join

在這個例子中，各條語句并不是按被執(zhí)行的先后順序給出的，但同樣可以生成前面例子中的波形。

關(guān)鍵詞

在Verilog HDL中，所有的關(guān)鍵詞是事先定義好的確認(rèn)符，用來組織語言結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞是用小寫字母定義的，因此在編寫原程序時要注意關(guān)鍵詞的書寫，以避免出錯。下面是Verilog HDL中使用的關(guān)鍵詞（請參閱附錄：Verilog語言參考手冊）：

always、and、assign、begin、buf、bufif0、bufif1、case、casex、casez、cmos、deassign、default、defparam、disable、edge、else、end、endcase、endmodule、endfunction、endprimitive、endspecify、endtable、endtask、event、for、force、forever、fork、function、highz0、highz1、if、initial、inout、input、integer、join、large、macromodule、medium、module、nand、negedge、nmos、nor、not、notif0、notifl、or、output、parameter、pmos、posedge、primitive、pull0、pull1、pullup、pulldown、rcmos、reg、releses、repeat、mmos、rpmos、rtran、rtranif0、rtranif1、scalared、small、specify、specparam、strength、strong0、strong1、supply0、supply1、table、task、time、tran、tranif0、tranif1、tri、tri0、tri1、triand、trior、trireg、vectored、wait、wand、weak0、weak1、while、wire、wor、xnor、xor。

在編寫Verilog HDL程序時，變量名、端口名、塊名等的定義不要與這些關(guān)鍵詞沖突。