Verilog非阻塞赋值深入解析：仿真与综合

"本文主要探讨了Verilog编程中非阻塞性赋值（non-blocking assignments, NBA）的应用和理解，特别是在仿真和综合过程中的问题。文章由Clifford E. Cummings撰写，旨在帮助工程师们更好地掌握何时使用非阻塞赋值，并提供了编码指导原则以确保代码能够被正确综合，同时避免仿真中的竞争条件。" 在Verilog中，非阻塞赋值（<=）和阻塞赋值（=）是两种关键的赋值操作，它们在逻辑建模中扮演着不同的角色。传统的指导原则建议，在always块中，使用阻塞赋值来创建组合逻辑，而使用非阻塞赋值来构建时序逻辑。阻塞赋值在执行时会立即更新变量的值，而非阻塞赋值则会在当前时钟事件的末尾更新，这使得它更适合于描述触发器和其他存储元件的行为。 非阻塞赋值在仿真中的行为与实际硬件更接近，因为它们反映了数据的延迟特性。当多个非阻塞赋值在同一个时钟边缘作用于同一个变量时，Verilog仿真器会按照它们在代码中的顺序来处理这些赋值，这种现象被称为"左到右"（left-to-right）的赋值顺序。然而，这种顺序在实际电路中并不总是保持不变，因此可能导致仿真和综合结果之间的差异。 文章深入讨论了Verilog仿真中的竞争条件，这是由于多个赋值在同一时间作用于同一变量导致的不确定性。IEEE Verilog标准定义了“保证性的赋值描述”和“非保证性的赋值描述”，并规定了如何处理这些情况。避免竞争条件的一个关键方法是在编写代码时遵循良好的编码风格，例如，避免在敏感列表相同的always块中混合使用阻塞和非阻塞赋值。 为了正确地综合Verilog代码，设计师应遵循以下几点建议： 1. 在组合逻辑中，使用阻塞赋值以确保正确的逻辑顺序。 2. 对于寄存器和触发器，使用非阻塞赋值，以反映硬件中的延迟特性。 3. 避免在同一always块中混合使用阻塞和非阻塞赋值，除非你清楚地理解其行为。 4. 了解非阻塞赋值在不同类型的always块（如 @(posedge clk) 和 always_comb）中的行为差异。 5. 在设计中使用清晰的逻辑层次，以减少潜在的竞争条件。 通过理解和遵循这些原则，工程师可以编写出更易于综合且行为预测准确的Verilog代码，从而减少设计错误和后期修改的需求。对于那些想要深入理解Verilog语言的人来说，理解和熟练应用非阻塞赋值是至关重要的一步。