非阻塞赋值（Non-blocking Assignment）是个伪需求

wjcdx

Verilog的赋值很是复杂，包括：
1. Continuous assignment;
2. Procedural assignment:
  a. Blocking Assignment;
  b. Non-bocking Assignment(NBA);

但其实没有必要，理解起来也可以很简单；
比如Continuous assignment是针对wire而言，wire需要的是driven，而不是assign，驱动（driven）是物里
的概念，而赋值是编程的概念；

这个连续指的不是值的变化，而是assign这个动作。比如assign wireA = wireB，不是这一次把wireB的值赋值给wireA，而是以后wireA的值都跟随wireB的值的变化而变化。所以可以理解为driven和连接。也因此continous assignment只能针对wire使用。

Procedural Assignment针对寄存器使用，值的就是赋值，因为reg可以存值。因此称为过程性（Procedural），赋值之后就结束了。

那为什么还需要blocking和Non-blocking呢？

可能是要处理多个寄存器之间的赋值问题。
CASE 1（https://blog.csdn.net/chief_cf/article/details/52373831）:

   

        

            
1. always@(posedge clk)
   
2.     begin
   
3.         b <= a;
   
4.         c <= b;
   
5.     end
           

   

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&#8203;

                               
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&#8203;
这个的写法可以改成：

   

        

            
1. always@(posedge clk)
   
2.     begin
   
3.         c = b;
   
4.         b = a;
   
5.     end
           

   

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具体综合成什么电路，就交给综合器。

CASE 2（值交换）：

   

        

            
1. always@(posedge clk)
   
2.     begin
   
3.         b <= a;
   
4.         a <= b;
   
5.     end
           

   

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我不清楚具体综合出的电路是什么样的，但是写法可以改成：

   

        

            
1. always@(posedge clk)
   
2.     begin
   
3.         tmp = b;
   
4.         b = a;
   
5.         a = tmp;
   
6.     end
           

   

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也不需要非阻塞赋值；

什么意思呢？就是要化简建模的方法论（Methodology）：
只需要处理wire和reg的assignment即可。
不需要为多个wire之间怎么assign，多个reg之间怎么assign再提供新的机制了。
这样的Methodology最简单。

事实上，可以看到新出的建模方法，无论是SystemC还是Chisel，都没有Non-blocking Assignment的概念。

简单的建模方法论（Methodology）是重要的，可以降低学习难度，减少很多实践中的问题。

wjcdx

CASE 3:

   

        

            
1. always @(posedge clk)
   
2.     begin
   
3.         a <= u&v&w;
   
4.         b <= x|y|z;
   
5.     end
           

   

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这种写法提倡拆分成两个always语句块，每个处理一个独立的逻辑：

   

        

            
1. always @(posedge clk)
   
2. begin
   
3.     a = u&v&w;
   
4. end
   
5. 
   
6. always @(posedge clk)
   
7. begin
   
8.     b = x|y|z;
   
9. end
           

   

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gaurson

汗，不清楚具体对应什么电路，就认为自己是对的？电路本身是实际存在的，并不是你代码产生的，我觉得你这么理解不是完全合理。

wjcdx

回复 3# gaurson

确实比较激进，综合器可以对用户屏蔽易产生错误的细节。请问下你知道吗？能否帮忙提供下综合后的电路结构，谢谢！

wjcdx

回复 3# gaurson

或者有必须NBA的场景吗？

轩辕紫冀

我的看法：非阻塞赋值，跟电路的结构息息相关。两个触发器之间传送值时使用，假设有两个触发器，a,b。a被赋予了新的值，但是a输出的旧的值经过一段线网，已经到达b的D端。所以沿到来的时刻，a存新的值，b存a旧的值。b不能存a新的值，因为a新的值还没有达到b的D端。这样的原理正好符合非阻塞赋值的方式。

wjcdx

回复 6# 轩辕紫冀

你说的这个应该是CASE 2：值交换。

Verilog可以在Gate and Switch层进行建模，也可以在RTL层进行建模。
这个NBA应该属于RTL层的概念，因为他使用的是reg这个数据类型，而不是DFF这个结构。

RTL层是一个抽象层次，所以我觉得使用RTL进行建模时，应当尽量使用这个抽象层次的语法结构。
至于如何综合成最终的电路，则交给综合器去做。我认为综合器是可以把CASE 2中的reg tmp给优化掉的。

打一个比方：如果坐在汽车里面，就只需要踩油门就行了。没必要再从底盘上开两个洞，把脚伸下去用脚划拉，还要拖着车，反受其累。
当然，如果Verilog的RTL不是汽车，而是自行车，屁股坐在上面，还是要用脚踩，那就是另一回事了。这个意思是说，Verilog的RTL确实有必须要NBA来表达的模型。

如果没有NBA，那么Assignment只有两种：用于wire的continous assignment和用于reg的procedural assignment，相当好理解。增加了Non-Blocking Assignment之后就大大的复杂化了。

如果需要把DFF拆开看值的传递，则层次处在Gate and Switch层，这个时候考虑a和b值交换不需要临时变量是何时的。
如果在RTL层，DFF已经被抽象出来了，是一个简单的reg变量。就像物理题里面一个物体被抽象成了一个点，那他的长宽高就不需要再考虑了。

wjcdx

找到一个NBA的用途：简化Simulation和Synthesis的难度。

如果没有NBA的概念，若两条赋值语句连续出现，则无法判断这两条语句是否有先后顺序，即这两条赋值语句对应的电路是串联还是并联。

如果存在NBA，则可以通过赋值的类型来区分：
如果是BA，则串联；
如果是NBA，则并联；

当然在不存在NBA概念的情况下，也是可以判断两条语句是否有先后顺序关系：
在所在代码块范围(begin-end)内，检查判断所用到的变量是否存在依赖关系。

这个需要解析语法树，或者对代码做数据流分析。当时做起来可能没那么容易。
也可能只是权衡的问题，不得而知了。

13hope

个人理解，Verilog本身只是“建模”语言。具体到阻塞/非阻塞，只规定了两种赋值语句的行为。所以无论怎么写，仿真器和综合器都不会报错。但是存在两个问题，所描述的行为是否有物理电路与之对应；电路行为在仿真阶段和综合后是否一致。
像是电平敏感always快内使用多个多个非阻塞赋值就没有意义，仿真结果不可信

wjcdx

回复 9# 13hope

> 个人理解，Verilog本身只是“建模”语言。


Verilog是个大杂烩（中性，非贬义），包含了支持验证、综合、测试的语法结构，比如：initial, repeat, forever, task等。


> 具体到阻塞/非阻塞，只规定了两种赋值语句的行为。所以无论怎么写，仿真器和综合器都不会报错。但是存在两个问题，所描述的行为是否有物理电路与之对应；电路行为在仿真阶段和综合后是否一致。


感谢提醒，可能就是与综合后电路一致的原因。Verilog发展历经了好多个版本，有可能是历史原因。


不过，最终要求的不是你建模的电路和综合后的电路一模一样，否则不是要写RTL代码，而是要画版图了。最终的要求是综合后的电路符合RTL描述的模型，行为一致。


RTL是一个抽象的建模层次，而不是物理的建模层次，无法与综合后的电路完全对应：比如+-x÷这些operators都不是使用电路描述的，但综合后却有电路，怎么对应呢？


还有综合器要对RTL的代码做优化，有一些电路不必要的会被优化掉，效率不高的会被优化成更高效的方式。


再有，很多时候使用的是工具提供的库里面的模块，这个是黑盒的，也不清楚里面的电路。


今天发现一个2001版本的新特性，可以佐证我的观点：
&#8203;

                               
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&#8203;
引自：https://www.cnblogs.com/tshell/p/3236476.html


从这个里面可以看到，register不是物理的寄存器（DFF）。而是一个变量数据类型（variable data type）.
但是又遗留了明显针对物理寄存器的非阻塞赋值，做的不彻底。NBA增加了学习的难度，进而在使用中也会产生问题。


建模方法（Modeling Methodology）应该尽量简单，把这部分工作放在综合器里面去做更合适。能写综合起的人，都是对电路特性更了解的人，出错的概率更小。


RTL层建模需要的只是对变量赋值（variable assignment），甚至连 连续赋值 和 过程赋值 都不需要区分。这样的区分有助于理解，却不是必须。


> 像是电平敏感always快内使用多个多个非阻塞赋值就没有意义，仿真结果不可信


这个链接里有很多NBA在一个always块内：
https://github.com/alexforencich/verilog-ethernet/blob/master/rtl/arp_64.v


    cache_query_request_ip_reg <= cache_query_request_ip_next;
    outgoing_eth_dest_mac_reg <= outgoing_eth_dest_mac_next;
    outgoing_arp_oper_reg <= outgoing_arp_oper_next;
    outgoing_arp_tha_reg <= outgoing_arp_tha_next;
    outgoing_arp_tpa_reg <= outgoing_arp_tpa_next;