前不久一位朋友發(fā)來(lái)一道驗(yàn)證題，雖然題目不是很復(fù)雜，但是琢磨了下感覺(jué)其中需要掌握的內(nèi)容還是很多的，正所謂麻雀雖小五臟俱全。下面將對(duì)此題涉及的一些內(nèi)容進(jìn)行挖掘和示例，與大家分享下。

【問(wèn)題描述】

如下一段Verilog代碼，請(qǐng)根據(jù)代碼的描述，并結(jié)合已知的clk和rst的波形圖，畫出對(duì)應(yīng)信號(hào)的波形。

通過(guò)仿真工具得到對(duì)應(yīng)的仿真波形如下。

【仿真波形】

【知識(shí)點(diǎn)挖掘】

0.reg和wire都采用的四值邏輯

reg變量在未進(jìn)行賦值時(shí)，其默認(rèn)值為x，wire默認(rèn)為z，上圖中cnt_nxt之所以仿真開(kāi)始時(shí)為不定態(tài)，主要是因?yàn)樗怯蒫nt進(jìn)行運(yùn)算后得到的，而cnt剛開(kāi)始就是個(gè)x。

1.變量和線網(wǎng)聲明時(shí)初始化

線網(wǎng)在聲明的同時(shí)進(jìn)行賦值操作實(shí)際上完成的是一種隱含的連續(xù)賦值操作（implicit continuous assignment），即相當(dāng)于該線網(wǎng)從聲明的時(shí)候就開(kāi)始采用了連續(xù)賦值操作，此時(shí)如果有其他對(duì)于該線網(wǎng)的賦值操作，將會(huì)導(dǎo)致多驅(qū)動(dòng)；與之相對(duì)應(yīng)的是變量在聲明時(shí)的初始化，實(shí)際上僅僅完成了對(duì)于該變量真正的初始化操作，后續(xù)對(duì)該變量的賦值操作將會(huì)覆蓋聲明時(shí)初始化的值。

示例詳見(jiàn)《硅芯思見(jiàn)：【173】隱藏的初始化》

2.縮減操作符

3.阻塞賦值與非阻塞賦值區(qū)別

詳見(jiàn)《Verilog系列：【17】阻塞賦值與非阻塞賦值》

4.+：和-：位選操作

如果base_expr和width_expr經(jīng)過(guò)位選后超過(guò)d本身的位寬，那么讀取超出部分將獲得不定態(tài)表示。其中base_expr是可以在仿真運(yùn)行過(guò)程中按照需要變化的，但是width_expr是必須是確定的。

【示例】

【仿真結(jié)果】

5.wire和reg分別在什么時(shí)候使用

wire常用于連續(xù)賦值語(yǔ)句(連續(xù)賦值語(yǔ)句左側(cè)信號(hào))、模塊端口（input、output、inout，其中注意output默認(rèn)為wire），reg常用于過(guò)程性賦值語(yǔ)句（當(dāng)然也可以位于連續(xù)賦值語(yǔ)句的右側(cè)），關(guān)于連續(xù)賦值語(yǔ)句和過(guò)程性賦值語(yǔ)句的關(guān)系可以參看《Verilog系列：【32】Verilog中的幾種賦值語(yǔ)句》

6.異步復(fù)位、同步復(fù)位和異步復(fù)位同步撤銷

復(fù)位主要用于將數(shù)字電路中的觸發(fā)器置為一個(gè)確定的初始值上，例如可以是狀態(tài)機(jī)工作于初始狀態(tài)。而觸發(fā)器一般情況下分為兩種：一種是有復(fù)位引腳的，一種是沒(méi)有復(fù)位引腳的，帶有復(fù)位的觸發(fā)器占用的面積比沒(méi)有復(fù)位引腳的觸發(fā)器大一些。一般情況下，處于數(shù)據(jù)路徑上的觸發(fā)器的初始值無(wú)關(guān)緊要，此時(shí)可以使用不帶復(fù)位引腳的觸發(fā)器，以降低芯片的面積。兩者之間的優(yōu)缺點(diǎn)如下。

【同步復(fù)位】

l抗干擾性強(qiáng)，可以容忍一定的毛刺，但是前提是這個(gè)毛刺不要出現(xiàn)在setup和hold違例區(qū)間；

l利于后端人員進(jìn)行STA分析；

l觸發(fā)器的復(fù)位信號(hào)完全同步于時(shí)鐘源，確保時(shí)鐘和復(fù)位作用下的邏輯電路的一致性；

l復(fù)位信號(hào)要確保大于時(shí)鐘周期，避免沒(méi)有被采樣到；

l因?yàn)橛|發(fā)器本身不帶復(fù)位引腳，綜合后會(huì)增加很多其他的邏輯資源；

l如果時(shí)鐘信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題，可能會(huì)影響到復(fù)位；

【異步復(fù)位】

相較于同步復(fù)位，異步復(fù)位有以下特點(diǎn)。

l復(fù)位信號(hào)不依賴于時(shí)鐘；

l大多數(shù)庫(kù)提供的觸發(fā)器都是自帶異步復(fù)位的觸發(fā)器；

l異步復(fù)位不管產(chǎn)生或撤銷復(fù)位信號(hào)，都是一個(gè)異步過(guò)程，但是撤銷時(shí)就出現(xiàn)了問(wèn)題，如果異步復(fù)位在觸發(fā)器時(shí)鐘有效沿附近釋放，觸發(fā)器的輸出就會(huì)進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)，因此導(dǎo)致復(fù)位狀態(tài)丟失；

l毛刺容易對(duì)電路造成干擾，導(dǎo)致不期望的復(fù)位產(chǎn)生；

l異步復(fù)位需要滿足時(shí)序要求（recover time、remove time，類似于setup和hold）；

為了綜合兩種復(fù)位的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種異步復(fù)位同步釋放的方式，就是指在復(fù)位信號(hào)到來(lái)的時(shí)候不受時(shí)鐘信號(hào)的同步，而是在復(fù)位信號(hào)釋放的時(shí)候受到時(shí)鐘信號(hào)的同步，即用一個(gè)同步器來(lái)將異步復(fù)位信號(hào)轉(zhuǎn)換為同步的復(fù)位信號(hào)，從而確保復(fù)位操作的可控性和穩(wěn)定性。。其典型結(jié)構(gòu)圖如下。

其操作過(guò)程如下為當(dāng)復(fù)位信號(hào)rst_async_n有效時(shí)，第一個(gè)D觸發(fā)器的輸出是低電平，第二個(gè)D觸發(fā)器的輸出rst_sync_n也為低電平，此時(shí)驅(qū)動(dòng)后級(jí)方框中的異步復(fù)位端口有效，其輸出被復(fù)位。復(fù)位撤銷時(shí)，rst_async_n經(jīng)過(guò)兩級(jí)觸發(fā)器同步后得到的rst_sync_n是與時(shí)鐘同步的，從而可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位的同步撤銷。假設(shè)rst_async_n在clk的上升沿時(shí)撤除，那么第一個(gè)大黃框中的第一級(jí)觸發(fā)器處于亞穩(wěn)態(tài)，但是由于兩級(jí)觸發(fā)器的同步作用，第二級(jí)觸發(fā)器的輸入為clk到來(lái)前第一級(jí)觸發(fā)器的輸出，即為低電平。因此，此時(shí)第二級(jí)觸發(fā)器的輸出一定是穩(wěn)定的低電平，方框左中觸發(fā)器此時(shí)還處于復(fù)位狀態(tài)。在第二個(gè)clk到來(lái)時(shí)，第一級(jí)觸發(fā)器的輸出已經(jīng)是穩(wěn)定的高電平了，故rst_sync_n已經(jīng)是穩(wěn)定的高電平，此時(shí)復(fù)位釋放,也就是同步釋放。

7.~和！區(qū)別

首先條件判斷語(yǔ)句根據(jù)根據(jù)判斷其關(guān)鍵字后的條件判斷表達(dá)式結(jié)果的真假(非零的結(jié)果被認(rèn)為"真"，零的結(jié)果對(duì)應(yīng)為"假")來(lái)選擇不同的條件分支，即可以將條件表達(dá)式分為兩步來(lái)實(shí)現(xiàn):第一步計(jì)算條件表達(dá)式，第二步判斷條件表達(dá)式結(jié)果;其次，在Verilog中"!"的意思為邏輯非，"~"為按位操作符， "!"主要是對(duì)操作數(shù)進(jìn)行邏輯非操作，其預(yù)算結(jié)果只能為"0"(假)或者"1"(真)，"~"主要是對(duì)操作數(shù)進(jìn)行按位運(yùn)算，即對(duì)操作數(shù)的每一位進(jìn)行取反操作.但是這里需要注意的是對(duì)于一位數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，兩種操作的結(jié)果是一樣的，但是如果操作數(shù)為多位數(shù)據(jù)，那么兩個(gè)操作的運(yùn)算結(jié)果將會(huì)不一樣.使用邏輯操作符"!"，在進(jìn)行位運(yùn)算時(shí)使用按位運(yùn)算符"

【示例】

【仿真結(jié)果】

從上例仿真結(jié)果可以觀測(cè)到，代碼10行沒(méi)有執(zhí)行，13行執(zhí)行。代碼中9行的條件判斷語(yǔ)句"if(!sig_1)"中的"!sig_1"計(jì)算結(jié)果為"0"，條件表達(dá)式對(duì)應(yīng)的分支不會(huì)執(zhí)行，所以仿真過(guò)程中并沒(méi)有顯示對(duì)應(yīng)的消息;12行的"if(~sig_2)"中的"~sig_2"計(jì)算結(jié)果為"2'b10"，為非零值，即條件表達(dá)式判斷的條件為真，所以對(duì)應(yīng)的分支被有效執(zhí)行;17和20行兩個(gè)條件表達(dá)式都為真，所以對(duì)應(yīng)的分支都被有效執(zhí)行，但是這時(shí)需要注意兩個(gè)條件表達(dá)式的具體計(jì)算結(jié)果并不相同，17行"!sig_1"計(jì)算結(jié)果為"1"，而20行"~sig_2"計(jì)算結(jié)果為"2'b11"，兩者的相同點(diǎn)是均為非零值，所以對(duì)于條件語(yǔ)句來(lái)說(shuō)都是為真的條件，所以對(duì)應(yīng)的分支會(huì)被執(zhí)行.在具體使用這兩種操作符的時(shí)候，一般情況下推薦進(jìn)行邏輯判斷時(shí)~"。

審核編輯：湯梓紅