Verilog HDL基礎(chǔ)之：賦值語(yǔ)句和塊語(yǔ)句

非阻塞賦值和阻塞賦值

在Verilog HDL語(yǔ)言中，信號(hào)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(yǔ)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(shí)。

（2）阻塞賦值方式。

典型語(yǔ)句：b = a;

① 賦值語(yǔ)句執(zhí)行完后，塊才結(jié)束。

② b的值在賦值語(yǔ)句執(zhí)行完后立刻就改變。

③ 可能會(huì)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(jì)人員帶來(lái)問(wèn)題。問(wèn)題主要是給“always”塊內(nèi)的reg型信號(hào)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(hào)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(shuō)“always”塊內(nèi)的下一條語(yǔ)句執(zhí)行后，b并不等于a，而是保持原來(lái)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(shuō)執(zhí)行下一條語(yǔ)句時(shí)，b已等于a。盡管這種方式看起來(lái)很直觀，但是可能引起麻煩。下面舉例說(shuō)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(gè)reg型信號(hào)b和c。clk信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)，b就等于a，c就等于b，這里應(yīng)該用到了兩個(gè)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(lái)b的值。這個(gè)“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(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)，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(gè)觸發(fā)器來(lái)寄存a的值，并同時(shí)輸出給b和c。這不是設(shè)計(jì)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(cuò)誤。

塊語(yǔ)句

塊語(yǔ)句通常用來(lái)將兩條或多條語(yǔ)句組合在一起，使其在格式上看更像一條語(yǔ)句。塊語(yǔ)句有兩種：一種是begin_end語(yǔ)句，通常用來(lái)標(biāo)識(shí)順序執(zhí)行的語(yǔ)句，用它來(lái)標(biāo)識(shí)的塊稱為順序塊；另一種是fork_join語(yǔ)句，通常用來(lái)標(biāo)識(shí)并行執(zhí)行的語(yǔ)句，用它來(lái)標(biāo)識(shí)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(yǔ)句是按順序執(zhí)行的，即只有上面一條語(yǔ)句執(zhí)行完后下面的語(yǔ)句才能執(zhí)行。

（2）每條語(yǔ)句的延遲時(shí)間是相對(duì)于前一條語(yǔ)句的仿真時(shí)間而言的。

（3）直到最后一條語(yǔ)句執(zhí)行完，程序流程控制才跳出該語(yǔ)句塊。

順序塊的格式如下：

begin

語(yǔ)句1;

語(yǔ)句2;

......

語(yǔ)句n;

end

或者：

begin:塊名

塊內(nèi)聲明語(yǔ)句

語(yǔ)句1;

語(yǔ)句2;

......

語(yǔ)句n;

end

其中：

（1）塊名即該塊的名字，是一個(gè)標(biāo)識(shí)符，其作用后面再詳細(xì)介紹。

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

下面舉例說(shuō)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(yǔ)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(yǔ)句，creg的值更新為areg的值。因?yàn)檫@兩條賦值語(yǔ)句之間沒(méi)有任何延遲時(shí)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(shí)間來(lái)分開兩個(gè)賦值語(yǔ)句的執(zhí)行時(shí)間，如例4所示。

例4：加延時(shí)順序塊。

begin

areg = breg;

#10 creg = areg; //在兩條賦值語(yǔ)句間延遲10個(gè)時(shí)間單位

end

2．并行塊

并行塊有以下4個(gè)特點(diǎn)。

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

（2）塊內(nèi)每條語(yǔ)句的延遲時(shí)間是相對(duì)于程序流程控制進(jìn)入到塊內(nèi)時(shí)的仿真時(shí)間的。

（3）延遲時(shí)間是用來(lái)給賦值語(yǔ)句提供執(zhí)行時(shí)序的。

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

并行塊的格式如下：

fork

語(yǔ)句1;

語(yǔ)句2;

.......

語(yǔ)句n;

join

或者：

fork:塊名

塊內(nèi)聲明語(yǔ)句

語(yǔ)句1;

語(yǔ)句2;

......

語(yǔ)句n;

join

其中：

（1）塊名即標(biāo)識(shí)該塊的一個(gè)名字，相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)識(shí)符。

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

下面舉例說(shuō)明。

例5：并行塊1。

fork

#50 r = h35; //在絕對(duì)時(shí)間50單位后，r被賦值

#100 r = hE2; //在絕對(duì)時(shí)間100單位后（非絕對(duì)時(shí)間150），r再次被賦值

#150 r = h00;

#200 r = hF7;

#250 -> end_wave; //在絕對(duì)時(shí)間250單位后，觸發(fā)事件end_wave

join

在這個(gè)例子中用并行塊來(lái)替代前面例子中的順序塊來(lái)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(yǔ)言中，可以給每一個(gè)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(yǔ)句調(diào)用，如被disable語(yǔ)句調(diào)用。

（3）在Verilog語(yǔ)言里，所有的變量都是靜態(tài)的，即所有的變量都只有一個(gè)惟一的存儲(chǔ)地址，因此進(jìn)入或跳出塊并不影響存儲(chǔ)在變量?jī)?nèi)的值。

基于以上原因，塊名就提供了一個(gè)在任何仿真時(shí)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(shí)間和結(jié)束時(shí)間

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

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

在fork_join塊內(nèi)，各條語(yǔ)句不必按順序給出，因此在并行塊里，各條語(yǔ)句在前還是在后是無(wú)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(yǔ)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(gè)例子中，各條語(yǔ)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(lái)組織語(yǔ)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(shí)要注意關(guān)鍵詞的書寫，以避免出錯(cuò)。下面是Verilog HDL中使用的關(guān)鍵詞（請(qǐng)參閱附錄：Verilog語(yǔ)言參考手冊(cè)）：

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(shí)，變量名、端口名、塊名等的定義不要與這些關(guān)鍵詞沖突。