Verilog 阻塞赋值与非阻塞赋值（二）

问题一

在这个程序下：

//d=a+b
//out=d+c

always @(posedge Clk or negedge Rst_n) begin
    if(!Rst_n)
        out = 2‘b0;
    else begin
        d <= a + b;
        out <= d + c;
    end

end

• 问题：出现了out暂时为00的情况；即d被赋值的同时out没有被赋值

问题分析：分析出现了out暂时为0的情况

分析出现了out暂时为0的情况(2)：

• 上面这种仿真是功能仿真，不太好理解，下面模拟下电路延迟就好理解了；

• 加上了“模拟电路延迟”后的程序如下：

`timescale 1ns/1ns
`define tp 1 
module block_nonblock(Clk,Rst_n,a,b,c,out);

    input Clk;
    input Rst_n;
    input a,b,c;
    
    output reg [1:0]out;    
//因为out 是在always@ 中进行赋值的，所以要将out定义为reg类型

//  out = a + b + c; //把该算式分解为两步
//  d = a + b;
//  out = d + c;
    reg [1:0]d;

always @(posedge Clk or negedge Rst_n) begin
    if(!Rst_n)
        out <=#`tp 2‘b0;		//加入模拟电路延迟
    else begin
        d <=#`tp a + b;
        out <=#`tp d + c;
    end

end

endmodule

• 仿真波形如下

现在可以明确的看到，当时钟上升沿检测到b=1,a=0的时候，就会对d进行赋值操作，但这样一个赋值操作并不是马上就发生的，而是之后了这么久（#`tp），才对d进行的赋值，d=1；并在下一个上升延时才对out进行赋值；

在实际的电路中就是这种情况。

• 时序仿真：

程序：

module block_nonblock(Clk,Rst_n,a,b,c,out);

    input Clk;
    input Rst_n;
    input a,b,c;
    
    output reg [1:0]out;    
//因为out 是在always@ 中进行赋值的，所以要将out定义为reg类型

//  out = a + b + c; //把该算式分解为两步
//  d = a + b;
//  out = d + c;
    reg [1:0]d;

always @(posedge Clk or negedge Rst_n) begin
    if(!Rst_n)
        out <= 2‘b0;
    else begin
        d <= a + b;
        out <= d + c;
    end

end

endmodule

时序的仿真波形如下：

• 小结：这是非阻塞赋值中出现的一个问题，即以时钟为基准，赋值之后，这个具体的值并不是在当前时钟上升沿时进行输出的，而是在下一个时钟上升沿才会被输出；即非阻塞赋值的这两条语句d <= a + b; out <= d + c; 的执行是没有先后顺序的；也就是说out 执行时所用到的值，是前一个时钟沿其它（d 和c）数据的结果。

在这个过程中，out 的这个 00 的状态是我们不希望看到的；为什么这里out的值 会相比于a+b=d 的值会有一拍的的延迟呢？原因就是中间加的 这一个 d = a+b ,从而使生成的电路中多出一个寄存器(如下图)，所以在always@ 语句块中推荐使用非阻塞赋值。

• 优化：如果想把这个寄存器去掉，即避免那一拍的延迟，可将代码做如下修改：

always @(posedge Clk or negedge Rst_n) begin
    if(!Rst_n)
        out <= 2‘b0;
     else begin
    //     d <= a + b;
    //     out <= d + c;
    out <= a + b + c;   //a+b+c是一段组合逻辑
    end

end
endmodule

生成电路如下：