Verilog HDL阻塞屬性探究及其應(yīng)用

Verilog HDL中，有兩種過程賦值方式，即阻塞賦值(blocking)和非阻塞賦值(nonblocking)。阻塞賦值執(zhí)行時(shí)，RHS(right hand statement)估值與更新LHS(left hand statement)值一次執(zhí)行完成，計(jì)算完畢，立即更新。在執(zhí)行時(shí)阻塞同塊中的其他語句的執(zhí)行。阻塞式(blocking)的操作符為 “ = ”。它的執(zhí)行很像傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語言。非阻塞賦值RHS估值與更新LHS值分兩步執(zhí)行。在單位仿真周期開始時(shí)RHS估值，在同一單位仿真周期末更新LHS值，不阻塞同塊中其他語句的執(zhí)行。非阻塞式(non-blocking)的操作符為 “ = ”，它的執(zhí)行更像并行電路，使描述電路更自然。阻塞賦值與非阻塞賦值是Verilog HDL程序設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，它們既有共同點(diǎn)，也有差異，深入剖析其異同，對于硬件程序的開發(fā)具有重大意義。

　　1 Verilog 事件處理機(jī)制

　　層積事件列(The Stratified Event Queue)是一個(gè)事件管理概念模型，而非硬件邏輯。模型內(nèi)事件的具體實(shí)現(xiàn)與EDA軟件生產(chǎn)商的算法策略有關(guān)。在IEEE-2001中，Verilog把事件分為5個(gè)不同部分，按照時(shí)間順序如圖1所示。

　　觸發(fā)的任何事件可以加入到這5個(gè)事件列中的任何事件列中，但只能從活躍事件列中移出。即上面的5個(gè)事件列中的事件最后都將被激活而放入活躍事件列中。層積事件列是層次模型，層積事件列的執(zhí)行順序是按優(yōu)先級(jí)排列的。任何EDA軟件都只能執(zhí)行活躍事件。其他事件列都按優(yōu)先級(jí)級(jí)別依次激活本列事件以供執(zhí)行。

　　1.1 活躍事件列

　　由圖1可見，大部分事件都被放入活躍事件列?；钴S事件列里包括非阻塞賦值RHS估值。但是，非阻塞賦值的更新不是在活躍事件列，它被列成獨(dú)立的非阻塞更新事件列?；钴S事件列是仿真的執(zhí)行源，從一開始執(zhí)行活躍事件列到活躍事件列執(zhí)行完畢稱為一個(gè)仿真周期。活躍事件列中的事件可以觸發(fā)活躍或非活躍等其他事件。當(dāng)活躍事件列中的所有事件執(zhí)行完后，EDA軟件會(huì)按優(yōu)先級(jí)依次觸發(fā)其余事件列以供仿真執(zhí)行。但在當(dāng)前活躍事件列中的事件執(zhí)行順序是不確定的。

　　1.2 非活躍事件列

　　發(fā)生在當(dāng)前仿真時(shí)間里并且在活躍事件列執(zhí)行完后執(zhí)行的事件列，即非活躍事件列執(zhí)行優(yōu)先級(jí)僅次于活躍事件列。如帶PLI例程的回調(diào)過程(tf_synchronize()、vpi_register_cb(cb_readwrite))。非活躍事件列中的事件亦可以觸發(fā)其他事件。如果觸發(fā)了優(yōu)先級(jí)更高的活躍事件，非活躍事件列中的其余事件執(zhí)行后移。

　　1.3 非阻塞賦值更新事件列

　　活躍事件列中的每個(gè)非阻塞賦值RHS估值，都會(huì)觸發(fā)一個(gè)與之對應(yīng)的非阻塞賦值更新事件，這些事件被放在非阻塞賦值更新事件列中，執(zhí)行優(yōu)先級(jí)次于活躍與非活躍事件列。非阻塞賦值更新事件亦可以觸發(fā)其他事件。若在非阻塞賦值更新事件列中，存在多個(gè)對同一變量的先后賦值，只有最后一個(gè)有效，其余值將被覆蓋。

　　1.4 監(jiān)控事件列

　　監(jiān)控事件列被放在非阻塞賦值更新事件列后。由此可見，用監(jiān)控事件列中的監(jiān)控命令監(jiān)控得到的值都是賦值后的值，活躍事件列$display系統(tǒng)命令則可以查看非阻塞更新前的值。

　　1.5 未來事件列

　　在執(zhí)行事件時(shí)，如果事件含有延時(shí)，為不阻礙仿真的繼續(xù)執(zhí)行,該事件將被掛起而放入未來事件列。未來事件包含未來非活躍事件和未來非阻塞賦值更新事件。

　　理解阻塞與非阻塞賦值就需要深入理解層積事件列，層積事件列反應(yīng)了Verilog事件處理機(jī)制。