关于Verilog HDL中阻塞与非阻塞赋值形象理解

关于Verilog 中阻塞与非阻塞赋值的几点理解

相信很多刚开始学习Verilog的童鞋对阻塞、非阻塞赋值理解得不是很明白，或者说是一头雾水。确实，Verilog中阻塞、非阻塞一直就是一个难点，很多具备很久开发经验的工程师仍是不得要领，在分析代码，看仿真时还是迷迷糊糊。我自己在学习语法的时候感觉理解了，但是在自己写代码，看仿真时仍然会出现不理解的波形，所以，就从头开始再看了遍语法。

阻塞赋值

阻塞赋值，顾名思义，即在一个always块中，后面的语句会受到前语句的影响，具体来说，在同一个always中，一条阻塞赋值语句如果没有执行结束，那么该语句后面的语句就不能被执行，即被“阻塞”。也就是说always块内的语句是一种顺序关系，这里和C语言很类似，比如，在C语言中，b= a;c=b;执行的时候就是先执行第一句b= a，然后执行下一句c=b，最后结果是a=c。同样，在时钟沿触发下，always块内，阻塞赋值是同样顺序执行，如下代码：

always@(posedge clk)
begin
b = a;
c = b;
end

在时钟上升沿来的时候，a赋给b,执行完成后，b在赋给c，整个代码执行完时，a=c，效果与C语言同。

其过程下图所示



a的值先给b,然后才能给到c，这都是在一个时钟沿上完成的。

非阻塞赋值

在说非阻塞赋值之前，我们要先知道触发器的工作原理。即在时钟到来时，触发器会将输入端的数据打到输出端，这是受时钟节拍控制的。其实，非阻塞赋值更能体现出硬件电路工作时的实际情况。那么非阻塞赋值具体是怎么回事呢？

继续用上面的例子：

always@(posedge clk)
begin
b <= a;
c <= b;
end

在时钟上升沿到来时，该always块就不同于阻塞赋值的最终输出结果a=c，而是a传递到c需要间隔两个时钟，怎么理解呢？

直接看图吧



非阻塞赋值是由时钟节拍决定，在时钟上升到来时，执行赋值语句右边，然后将begin-end之间的所有赋值语句同时赋值到赋值语句的左边，注意：是begin—end之间的所有语句，一起执行，且一个时钟只执行一次。对于上面例子，在第一个时钟上升沿到来时，a把值赋给b,b把值赋给c，而此时b的值还没有被更新（即a的值还没有被触发器打给b）,只是将b0(b前一次的值)打给c,所以第一个时钟结束后，b的当前值是a，c的当前值是b0（图中的c0）。第二个时钟上升沿到来时，才当前的b赋给c,由触发器输出，所以此时c的值才更新为a,故a和c相差2个时钟。

若a为 1，b为0，c为1的话，那么在非阻塞语句的always块中，一个时钟沿到来，由于他们之间是同时执行的，所以把a的1赋给了b，把b的0赋给了c，但是在阻塞语句里面，a的1先给了b，然后b把新赋值的1又给了c，那么c在一个时钟之后即变成了1。

通过上面的描述，阻塞、非阻塞赋值应该有了比较清晰的了解，但是什么时候用阻塞，什么时候用非阻塞赋值呢？在同一个always块中是否可以混合赋值呢？

对于第一个问题，夏宇闻老师书中直接给出了建议：

1、时序逻辑，使用“非阻塞赋值”。

2、 锁存器（latch）建模，使用“非阻塞赋值”。

3、组合逻辑，使用“阻塞赋值”

4、 当在同一个always块里面既为组合逻辑又为时序逻辑时，使用“非阻塞赋值”。

5、组合逻辑输出时，为消除毛刺会在输出端加一个触发器，即使用非阻塞赋值

对于第二个问题，不建议在同一个always块中使用混合赋值，在quartusII 中直接会报错，综合无法通过。同时同一个变量也不能在多个always块中被赋值，会报错。