阻塞賦值和非阻塞賦值的用法一篇文章就夠了

對于VerilogHDL語言中，經(jīng)常在always模塊中，面臨兩種賦值方式：阻塞賦值和非阻塞賦值。對于初學者，往往非常迷惑這兩種賦值方式的用法，本章節(jié)主要介紹這兩種文章的用法。其實，有時候概念稍微不清楚，Bug就會找到我們，下面一文掃清阻塞賦值和非阻塞賦值所有的障礙。

基本概念

阻塞賦值（Blocking Assignment）

阻塞賦值的基本描述格式為：

［變量］ = ［邏輯表達式］；

阻塞賦值在執(zhí)行的時候，右端表達式執(zhí)行并賦值到左邊變量，不會受任何情況打斷。所以在本次賦值結束之前他“阻塞”了當前其他的賦值任務，阻塞賦值的操作和C語言中的變量賦值非常相似。

非阻塞賦值（Nonblocking assignment）

非阻塞賦值的基本描述格式為：

［變量］ 《= ［邏輯表達式］；

非阻塞賦值行為有些細微之處比較難以理解。我們最好從硬件角度來理解，always模塊可以被認為是純硬件模塊，當always模塊被激活時，非阻塞賦值的右側表達式就開始執(zhí)行；當always模塊所有表達式執(zhí)行結束之后，所有執(zhí)行結果才賦值到左側變量當中。之所以稱為“非阻塞”就是在本條賦值語句執(zhí)行的過程中，其他賦值語句也可以執(zhí)行。

金規(guī)

1. 在組合邏輯電路描述中采用阻塞賦值

阻塞賦值和非阻塞賦值雖然都可以用來描述同一電路，以1位比較器舉例來解釋這種差別。

阻塞賦值實現(xiàn)1bit比較器

module eq1_block

（

input wire i0， i1，

output reg eq

）;

reg p0， p1;

always @（i0，i1） // i0 和i1 在敏感量列表當中

// 語句描述的順序非常關鍵

begin

p0 = ~i0 & ~i1;

p1 = i0 & i1;

eq = p0 | p1;

end

endmodule

分析：程序中，敏感量列表中包含i0和i1，只要這兩個變量有一個發(fā)生改變，都會激活always語句，那么p0、p1和eq就會順序賦值，最終eq賦值就會被更新，所以這三條語句的描述順序非常關鍵，假如將最后一條語句提前：

always @（i0，i1）

begin

eq = p0 | p1;

p0 = ~i0 & ~i1;

p1 = i0 & i1;

end

在第一條描述中，由于p0和p1還沒有被賦予新值，所以p0和p1依然保持原來的賦值，這樣得到的最終結果顯然是錯誤的。

非阻塞賦值實現(xiàn)1bit比較器

module eq1_non_block

（

input wire i0， i1，

output reg eq

）;

reg p0， p1;

always @（i0，i1，p0，p1） // p0， p1依然在敏感量列表中

// 描述順序無關緊要

begin

p0 《= ~i0 & ~i1;

p1 《= i0 & i1;

eq 《= p0 | p1;

end

endmodule

分析：p0和p1包含在敏感量列表當中，當i0 或者 i1有所變化，always模塊被激活，p0和p1在第一個時鐘節(jié)拍結束時賦值，由于eq值為基于p0和p1原來保持值的賦值，所以eq不變，當前賦值結束時，always模塊重新被激活，由于p0和p1被改變（這就是p0和p1放在敏感量列表中的原因），eq變量在第二個時鐘節(jié)拍賦予了新值。從以上分析，即使將以上語句的順序發(fā)生改變，也不會影響最終結果，因為eq的賦值以及always模塊的激活與這些語句的順序并沒關系。

總結：雖然兩種描述方法都可以描述同一電路，但是兩個電路的結果是有區(qū)別的，采用非阻塞賦值法描述仿真的時候花的時間更長一些，電路輸出結果在時序上也有微弱差別，鑒于此，我們有這么一條原則“在組合邏輯電路描述中采用阻塞賦值”。

2. 時序邏輯描述，采用非阻塞賦值方式賦值

就單獨一個寄存器來說，阻塞賦值和非阻塞賦值都可以描述存儲單元，如DFF可以描述為

always@（posedge clk）

q 《= d;

也可以描述為

always@（posedge clk）

q = d;

但是當設計中存在多個寄存器描述單元的時候，就會有細微的查別，假設有兩個寄存器在每個時鐘的上升沿進行數(shù)據(jù)交換，采用阻塞賦值描述如下：

always@（posedge clk）

a = b；

always@（posedge clk）

b = a；

在時鐘的上升沿，兩個always語句同時被激活并且并行執(zhí)行，一個時鐘節(jié)拍后兩條語句執(zhí)行結束，按照verilog語法標準，兩個always語句執(zhí)行結果時間順序上誰都有可能在前面，這樣一來，如果第一個always語句執(zhí)行在前面，由于阻塞賦值，所以變量a立即得到b的賦值，那么當?shù)诙€always塊執(zhí)行之后，變量b得到a的賦值，由于剛才第一個always執(zhí)行的時候b值賦予了a，所以現(xiàn)在b的值會維持不變，還是原來的值。

同樣的道理，如果第二個always模塊先執(zhí)行了，那么a就會保持自身值不變，從Verilog語法角度來看，兩種結果都是有效的。但是從數(shù)字電路的角度來說，明顯引起了競爭。

下面我們將阻塞賦值修改為非阻塞賦值，以上代碼修改為：

always@（posedge clk）

a 《= b；

always@（posedge clk）

b 《= a；

采用非阻塞賦值，由于原始信號在賦值語句中使用，所以a和b都會得到正確的值，而與順序沒有關系。所以在時序邏輯描述中，阻塞賦值往往會引起條件競爭，所以要采用非阻塞賦值方式賦值。

總結一下

① 在組合邏輯電路描述中采用阻塞賦值

② 時序邏輯描述，采用非阻塞賦值方式賦值