FPGA 32 专题阻塞和非阻塞状态的理解

男娘i 2022-12-12 02:29 243阅读 0赞

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# FPGA 32 专题 阻塞和非阻塞状态的理解 #

写的不是很细致，过两天继续完善

block\_nonblock.v 文件

module block_nonblock(
    	Clk ,
    	Rst_n,
    	a ,
    	b ,
    	c ,
    	out 
    );
    
    	input Clk ;
    	input Rst_n ;
    	input a ;
    	input b ;
    	input c ;
    	
    	// out = a+b+c ;
    	// d = a+b ;
    	// out = d +c ;
    	
    	output reg [1:0]out ;
    	reg [1:0]d ;
    	
    	always@(posedge Clk or negedge Rst_n )
    	if(Rst_n == 1'b0)
    		out = 2'b0 ;
    	else begin 
    		out <= a + b + c;  //建议使用阻塞赋值
    	end
    
    
    	//非阻塞赋值 : 运算符： <=  ，前后执行时【并行运算】，代码执行不分前后（结构时确定没有问题的（多条语句赋值不存在前后顺序），
    	//但是如果多条语句中的数据或者说变量存在关联，那么需要考虑的是逻辑结构的延时
    	//或者说是D触发器的延时问题导致的数据出现的错误）
    	//阻塞赋值 ：  运算符： =    ，执行语句【有先后顺寻】，存在延迟情况，存在不确定性（有的时候会出现问题）
    	/********* 非阻塞赋值 **********/
    	/* 方式1:
    			out <= a + b + c;
    	*/
    	/* 方式2:
    			d   <= a + b ;
    			out <= a + b + c;
    	*/
    	/* 方式3:
    			out <= d + c;
    			d   <= a + b ;
    	*/
    	/********* 阻塞赋值 **********/
    	/* 方式4: 非并行运算
    			d   = a + b ;
    			out = d + c;
    	*/
    	/* 方式5: 非并行运算
    			out = d + c;
    			d   = a + b ;
    	*/
    	//  这里可以通过仿真结果得到， 方式【4】和方式【1】得到的电路是一样的，也就是我们想要的效果
    	//  这里可以通过仿真结果得到， 方式【2】和方式【3】得到的电路是一样的。
    	//  这里可以通过仿真结果得到， 方式【4】和方式【5】得到的电路是【不一样】的，
    	//  但是电路输出结果会因为延时得到的结果会存在延时的数据错误，我们需要在设计的时候需要去避免
    
    endmodule

### 1、阻塞赋值 ###

阻塞赋值的实际电路：

always@(posedge Clk or negedge Rst_n )
    if(Rst_n == 1'b0)
    	out = 2'b0 ;
    else begin 
         //这里是阻塞赋值语句，有先后顺序，和C语言类似
    	d  = a + b ; 
        out = d +c  ; 
    end

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### 2、阻塞赋值 ###

always@(posedge Clk or negedge Rst_n )
    if(Rst_n == 1'b0)
    	out = 2'b0 ;
    else begin 
        //这里是阻塞赋值语句，有先后顺序，和C语言类似
        out = d +c  ;
        d  = a + b ;  
    end

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### 3、非阻塞赋值 ###

always@(posedge Clk or negedge Rst_n )
    if(Rst_n == 1'b0)
    	out <= 2'b0 ;
    else begin 
        //这里非阻塞赋值语句，代码无先后顺序
        out <= d +c  ;
        d  <= a + b ;  
    end

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### 4、非阻塞赋值 ###

always@(posedge Clk or negedge Rst_n )
    if(Rst_n == 1'b0)
    	out <= 2'b0 ;
    else begin 
        //这里非阻塞赋值语句，代码无先后顺序
        d  <= a + b ;  
        out <= d +c  ;
    end

![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Ax0Cw28M-1627405081021)(file://E:/Blog\_Template/source/\_posts/img/blog\_img/fpga/image-20210303161927334.png?lastModify=1614759688)\]][img-Ax0Cw28M-1627405081021_file_E_Blog_Template_source_posts_img_blog_img_fpga_image-20210303161927334.png_lastModify_1614759688]

**可以发现： 非阻塞赋值（ 代码3、代码 4、）中，代码前后顺序改变，内部生成的电路结构是保持一致的**

**阻塞赋值（ 代码1、代码 2、）中，代码前后顺序改变，内部生成的电路结构是不同的**\*\*

非阻塞赋值【3、4】的仿真结果

![\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-2ariMCzl-1627405081022)(img/blog\_img/fpga/image-20210303164445111.png)\]][img-2ariMCzl-1627405081022_img_blog_img_fpga_image-20210303164445111.png]

只有当 下一个时钟上升沿到来的时候，可以看到 out 的结果才发生了变化 。

为了避免延时需要修改成如下所示的情况：

###  ###

always@(posedge Clk or negedge Rst_n )
    if(Rst_n == 1'b0)
    	out <= 2'b0 ;
    else begin 
        //这里非阻塞赋值语句，代码无先后顺序
        d  <= a + b + c ;  
    end

这样出来的结果就不会有因为D触发器所导致的寄存，而最终导致输出结果的延时问题。

本次我们的主要目的是：

知道 非阻塞赋值不考虑语句的先后顺序，内部电路结构不发生改变

阻塞赋值考虑语句的先后顺序，内部会根据先后顺序得到不同的电路结构。

个人理解：

根据自己实际的想法编写就好，如果和C 语言的用法类似，也可以考虑使用阻塞赋值，不一定非要用非阻塞赋值做运算。

非阻塞如果是有多个语句执行，而且【中间存在交互的变量 如： d=a+b out= d+c, d就是中间变量】，那么势必在结果上的输出【out】 会带来时间上的延时。

block\_nonblock\_tb.v 文件

`timescale 1ns/1ns
    
    `define clock_period 20
    
    module block_nonblock_tb;
    
    	reg Clock;
    	reg Rst_n;
    	reg a,b,c;
    	
    	wire [1:0]out;
    	
    	block_nonblock block_nonblock0(Clock,Rst_n,a,b,c,out);  //新的一种模块名称加载
    	
    	initial Clock = 1;		//时钟信号
    	always#(`clock_period/2) Clock = ~Clock;
    	
    	initial begin
    		Rst_n = 1'b0;
    		a = 0;
    		b = 0;
    		c = 0;
    		#(`clock_period*200 + 1); //信号初始化 ，+1 避免和时钟信号对齐，仿真时更加接近实际的电路
    		Rst_n = 1'b1;
    		
    		
    		#(`clock_period*200);
    		a = 0 ; b = 0 ; c = 0;
    		#(`clock_period*200);
    		a = 0 ; b = 0 ; c = 1;
    		#(`clock_period*200);
    		a = 0 ; b = 1 ; c = 0;
    		#(`clock_period*200);
    		a = 0 ; b = 1 ; c = 1;
    		
    		
    		#(`clock_period*200);	
    		a = 1 ; b = 0 ; c = 0;
    		#(`clock_period*200);
    		a = 1 ; b = 0 ; c = 1;
    		#(`clock_period*200);
    		a = 1 ; b = 1 ; c = 0;
    		#(`clock_period*200);
    		a = 1 ; b = 1 ; c = 1;
    		
    		
    		#(`clock_period*200);
    		#(`clock_period*200);
    		$stop;	
    	end
    
    endmodule

[img-t93Mpr2Y-1627401356069_FPGA 09 _.assets_test.png]: /images/20221123/edab445a1e2e448dae98e8f655091039.png
[img-5hWrrCIo-1627405081017_img_blog_img_fpga_image-20210303160809968.png]: /images/20221123/33cdfe0f945d41cebd5146aa9ea7d770.png
[img-Zo262CNp-1627405081018_img_blog_img_fpga_image-20210303161517074.png]: /images/20221123/4353a87361964db285d5a591bd3e03c0.png
[img-ABbU6Ork-1627405081020_img_blog_img_fpga_image-20210303161927334.png]: /images/20221123/471d033349ef4fa7944c90c72210d8f1.png
[img-Ax0Cw28M-1627405081021_file_E_Blog_Template_source_posts_img_blog_img_fpga_image-20210303161927334.png_lastModify_1614759688]: /images/20221123/da884737130f446c8405d448ce7d1c4e.png
[img-2ariMCzl-1627405081022_img_blog_img_fpga_image-20210303164445111.png]: /images/20221123/e982bd4ff67f4f429c4ae889ea5328fa.png