【数字实验室】在时序逻辑中使用阻塞赋值会怎么样？

阻塞赋值的使用

        如之前介绍所述，建议使用阻塞赋值来描述组合逻辑设计。但是，如果在编码时序逻辑行为时使用阻塞赋值，会发生什么？这是需要解决的最重要的问题之一，对后续讨论很重要。

        如果阻塞赋值用于编码时序逻辑的行为，则可以观察到综合结果不是正确的功能设计意图。

        接下来介绍使用阻塞赋值对时序电路设计进行编码的几个设计方案。

阻塞赋值和多个“Always”进程

        如例6.1所述，在多个“Always” 进程中使用阻塞赋值。程序块“Always”在时钟的正边缘触发，综合器推断时序逻辑。如前所述，所有阻塞赋值都在活动队列中进行计算和更新。读者请参阅之前分享的分层事件队列一文。

        如例6.1所述，这两个“Always” 进程并行执行，并以两位串行输入串行输出移位寄存器的形式生成输出。首先，always进程生成一个输出“b_in”从第一个“Always” 进程生成的输出被另一个“Always” 进程用作输入。因此，综合器将其推断为两位串行输入串行输出移位寄存器。

        示例6.1的综合逻辑如图6.1所示，并具有输入“a_in”，“clk”和输出“y_out”

例6.1在多个always块中阻塞赋值

图6.1多个always块中阻塞赋值的综合逻辑

同一“always”进程中的阻塞赋值

        如果阻塞赋值用于描述时序逻辑，并且在同一“always”程序块中使用多个分配，则预期需求可能与综合逻辑匹配，也可能与综合逻辑不匹配。原因是，在阻塞分配中，所有后续语句（下一个立即数）都被阻塞，除非直到当前语句被执行。这将导致硬件截断，并可能推断出不需要的综合输出。

        考虑在示例6.2中描述的设计场景，其意图是创建三位串行输入和串行输出移位寄存器，但是在综合示例6.2之后，它推断为单个触发器。

        可综合逻辑如图6.2所示，其输入为“a”、“clk”和输出为“y”。所需的功能是串行输入、串行输出移位寄存器，但上述示例由于使用阻塞赋值而推断出单个触发器。因此，建议在为时序功能编码或描述RTL时使用非阻塞赋值。

例6.2在always”进程中的阻塞赋值

图6.2同一always进程中阻塞赋值的综合逻辑

阻塞赋值示例

        考虑在示例6.3中描述的设计场景，其意图是创建三位串行输入和串行输出移位寄存器，并且由于块“begin” 和 “end”中使用的阻塞赋值语句，它顺序生成三位串行输入串行输出移位寄存器。

        综合逻辑如图6.3所示，其输入为“a”、“clk”和输出“y”。所需的功能是串行输入串行输出移位寄存器，它推断串行输入串行输出移位寄存器。因此，需要记住的重要一点是，程序“always”块中的阻塞赋值语句的顺序是综合中的决定性因素。

        例6.3同一always块中的阻塞赋值（排序）

图6.3阻塞赋值重新排序后的可综合逻辑

非阻塞赋值

        如之前介绍的“分层事件队列”一文所述，非阻塞赋值在活动事件队列中评估，并在NBA队列中更新。非阻塞赋值用于描述时序逻辑。这些指定在程序块“always”中使用，以获得所需的综合结果。所有非阻塞赋值在“always”块内并行执行。

        如例6.4所述。非阻塞赋值用于多个“always”块。程序块“always”在时钟的正边沿触发，综合器推断时序逻辑。综合逻辑如图6.4所示。

        例6.4不同always块中的非阻塞赋值

图6.4不同always块中的非阻塞赋值的综合逻辑

非阻塞赋值示例

        如果使用非阻塞赋值来描述时序逻辑，并且在同一“always”程序块中使用多个赋值，则综合器始终推断出所需的预期逻辑。原因是，在非阻塞赋值中，“begin-end”块中写入的所有语句都是“并行”执行的，这就产生了时序逻辑。

        考虑示例6.5中描述的设计场景，意图是创建三位串行输入和串行输出移位寄存器，使用非阻塞赋值。

        综合逻辑如图6.5所示，其输入为“a”、“clk”和输出“y”。所需的功能是串行输入串行输出移位寄存器，它推断串行输入串行输出移位寄存器。

        例6.5同一always块中的非阻塞赋值

图6.5同一always块中非阻塞赋值的综合逻辑

非阻塞赋值的排序

        考虑在示例中描述的设计方案，其意图是创建三位串行输入和串行输出移位寄存器，并使用非阻塞赋值。

        上一节中的实例，在本例6.6中重新排序。

        综合逻辑如图6.5所示，其输入为“a”、“clk”和输出“y”。所需的功能是串行输入串行输出移位寄存器，它推断串行输入串行输出移位寄存器。所以，重要的一点是要记住，过程“always”块中非阻塞赋值语句的顺序不是推断逻辑的决定性因素。

例6.6在同一always块中具有顺序更改的非阻塞赋值

最后

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