[资料分享] FPGA Verilog语言中阻塞赋值与非阻塞赋值个人看法

Aguilera 2018-11-10 20:19 楼主

对于Verilog 初学者来说，阻塞赋值与非阻塞赋值应该要区别一下子，我估计对于这两种赋值方式的应用解说，什么时候该用阻塞赋值，什么时候该用非阻塞赋值，通常见到的一句话是，时序逻辑里面通常用非阻塞赋值，组合逻辑里面通常使用阻塞赋值。但是这必然是含糊不清的，也并不意味着时序逻辑里面就不可以阻塞赋值了，组合逻辑里面就不可以用非阻塞赋值了。所以我觉得有必要弄清楚一下阻塞赋值和非阻塞赋值的细微区别。
首先还是回归下定义，所谓阻塞赋值，例如 a=b; 当这个赋值语句执行的时候是不允许有其它语句执行的，这就是阻塞的原因。而非阻塞赋值，例如a<=b;当这个赋值语句执行的时候是不阻碍其它语句执行的。对于FPGA来讲，跟单片机相比（即使是高速单片机），它本身的优点是语句执行的并行性，而单片机语句执行是顺序执行的。所以如果说我们要充分利用好FPGA这个优点，那么我们应该尽量使用非阻塞赋值。
下面我想从一个简单的例子来浅析一下两者的区别。

这是一个简单的分频程序，目的是将clk时钟四分频。Count初始值是0,（个人经验认为的，因为verilog里面似乎没法对变量进行初始化），然后第一个时钟的上升沿到来时，count自加1后变成了1，if语句执行为假，然后第二个时钟上升沿到来时，count又自加1变成了2，if语句执行条件为真，则执行if语句内的内容，将data_a数据翻转，count重新赋值为0，所以该程序就是每两个时钟的上升沿，data_a数据翻转一次，得到四分频的效果。
下图为仿真波形，是完全对得住分析的。

上面的程序用的是阻塞赋值，也就是 count执行自加1的时候，其它任何语句都是不能执行的，因此这里就有点想单片机里面的C语言了，一个顺序执行的always块。
如果把上面的程序赋值全改成非阻塞赋值，效果会怎样呢？

首先我们先不作分析，先对比一下仿真波形。

从仿真波形来看，这个程序确变成了对clk时钟的六分频，显然不是我们之前的思路分析结果。实际上它是这样子执行的。
首先可以这样理解，1、非阻塞赋值是always块结束才赋值的，个人理解是程序见到always块的结束标记end后才赋值，但是并不代表当程序最开始看到该语句时没有任何动作，而是先把后面的值给计算出来放在一个寄存器中暂存，到了块结束才赋值，比如上述中的先把count+1计算出来后，到了块结束才把那个结果赋值给count。2、非阻塞赋值是并行执行的，因此不管有多少个always块，不管每个always块里面有多少条非阻塞赋值，它都是瞬间一块并行执行的，互不干扰。
所以上面的程序就好分析了
Count初始值是0，第一个时钟的上升沿到来时，count<=count+1 这条语句先不赋值（前面说了块结束才赋值），但是count+1已经计算出来放在寄存器中存储着，先执行的是if语句，if语句此时条件仍然是（count=0），条件为假，不执行if内部语句，接着遇到always块结束标记end，这才执行count<=的赋值，count此时为1，然后第二个时钟上升沿到来，同样先执行if语句，条件仍然为假，然后再执行count自加1，count变为2，第三个时钟上升沿到来，先执行if语句，条件满足，至于此时有三个非阻塞赋值的语句出现
count<=count+1;
data_a<=!data_a;
count<=0;
这三个语句按道理讲也是并行执行的，但是，有两个语句同时对count进行了赋值。。那么咋整呢，这点笔者尚未清楚，恳请达人解析，或者待日后笔者弄清楚在来看看了。。。
7月25日，经过龙哥点拨，上述问题终于有了一个合理的解释。
参阅许多资料可以得出的结论是：在begin 。。end 中非阻塞赋值实际上是并行中的顺序执行。此话的理解是，begin 。。end 语句块中得非阻塞赋值语句与其它块中的非阻塞赋值语句是并行的，但是对于单个begin 。。end 块中的语句却是顺序执行的。所以在verilog语言中是不允许在两个块中对同一变量进行赋值的，而在单一块中，如果有两个或两个以上的非阻塞语句对同一个变量进行了赋值，那么该变量的值由最后一个语句所决定。