Verilog HDL阻塞属性探究及其应用

Verilog HDL中，有两种过程赋值方式，即阻塞赋值(blocking)和非阻塞赋值(nonblocking)。阻塞赋值执行时，RHS(right hand statement)估值与更新LHS(left hand statement)值一次执行完成，计算完毕，立即更新。在执行时阻塞同块中的其他语句的执行。阻塞式(blocking)的操作符为 “ = ”。它的执行很像传统程序设计语言。非阻塞赋值RHS估值与更新LHS值分两步执行。在单位仿真周期开始时RHS估值，在同一单位仿真周期末更新LHS值，不阻塞同块中其他语句的执行。非阻塞式(non-blocking)的操作符为 “ = ”，它的执行更像并行电路，使描述电路更自然。阻塞赋值与非阻塞赋值是Verilog HDL程序设计的难点，它们既有共同点，也有差异，深入剖析其异同，对于硬件程序的开发具有重大意义。

　　1 Verilog 事件处理机制

　　层积事件列(The Stratified Event Queue)是一个事件管理概念模型，而非硬件逻辑。模型内事件的具体实现与EDA软件生产商的算法策略有关。在IEEE-2001中，Verilog把事件分为5个不同部分，按照时间顺序如图1所示。

　　触发的任何事件可以加入到这5个事件列中的任何事件列中，但只能从活跃事件列中移出。即上面的5个事件列中的事件最后都将被激活而放入活跃事件列中。层积事件列是层次模型，层积事件列的执行顺序是按优先级排列的。任何EDA软件都只能执行活跃事件。其他事件列都按优先级级别依次激活本列事件以供执行。

　　1.1 活跃事件列

　　由图1可见，大部分事件都被放入活跃事件列。活跃事件列里包括非阻塞赋值RHS估值。但是，非阻塞赋值的更新不是在活跃事件列，它被列成独立的非阻塞更新事件列。活跃事件列是仿真的执行源，从一开始执行活跃事件列到活跃事件列执行完毕称为一个仿真周期。活跃事件列中的事件可以触发活跃或非活跃等其他事件。当活跃事件列中的所有事件执行完后，EDA软件会按优先级依次触发其余事件列以供仿真执行。但在当前活跃事件列中的事件执行顺序是不确定的。

　　1.2 非活跃事件列

　　发生在当前仿真时间里并且在活跃事件列执行完后执行的事件列，即非活跃事件列执行优先级仅次于活跃事件列。如带PLI例程的回调过程(tf_synchronize()、vpi_register_cb(cb_readwrite))。非活跃事件列中的事件亦可以触发其他事件。如果触发了优先级更高的活跃事件，非活跃事件列中的其余事件执行后移。

　　1.3 非阻塞赋值更新事件列

　　活跃事件列中的每个非阻塞赋值RHS估值，都会触发一个与之对应的非阻塞赋值更新事件，这些事件被放在非阻塞赋值更新事件列中，执行优先级次于活跃与非活跃事件列。非阻塞赋值更新事件亦可以触发其他事件。若在非阻塞赋值更新事件列中，存在多个对同一变量的先后赋值，只有最后一个有效，其余值将被覆盖。

　　1.4 监控事件列

　　监控事件列被放在非阻塞赋值更新事件列后。由此可见，用监控事件列中的监控命令监控得到的值都是赋值后的值，活跃事件列$display系统命令则可以查看非阻塞更新前的值。

　　1.5 未来事件列

　　在执行事件时，如果事件含有延时，为不阻碍仿真的继续执行,该事件将被挂起而放入未来事件列。未来事件包含未来非活跃事件和未来非阻塞赋值更新事件。

　　理解阻塞与非阻塞赋值就需要深入理解层积事件列，层积事件列反应了Verilog事件处理机制。