从事件调度理解阻塞和非阻塞

原创

行走的BUG永动机

发布于 2022-08-14 09:08:35

4110

发布于 2022-08-14 09:08:35

文章被收录于专栏：工作学习工作学习

0 为什么要有事件调度

我们知道Verilog是一种并行编程语言，然而Verilog是通过计算机执行的，那么必然要遵循计算机顺序执行的逻辑

当多条语句都被触发时，我们如何确定语句的执行顺序就需要一种规则来做出限定

1 几个关键信息

仿真的代码是由一个个离散事件组成，运行Verilog也就是执行一个个时间和线程

进程包括UDP、module、initial块、always块、连续赋值语句、异步任务和过程赋值语句

在进行仿真时，所有线网、变量和命名块发生变化时，都被认为是更新事件，而进程对更新事件是敏感的，更新事件执行时，所有对该实践敏感的进程都会按照任意顺序进行评估

仿真时间用来模拟被仿真电路所需的实际时间

2 事件队列

Verilog事件队列被分为五个区域：活跃事件、非活跃事件、非阻塞赋值更新时间、监视事件和将来事件

下面是大佬总结的图

在执行顺序上：活跃事件 -> 非活跃事件 -> 非阻塞赋值更新事件 -> 监控事件 -> 将来事件

不过这五个事件内包含的操作，它们的执行顺序是随机的

我对当前仿真时间的理解是当T，将来仿真时间是次T

3 确定性和不确定性

3.1 确定性

begin...end中的语句都是按顺序执行的
非阻塞赋值的执行顺序也是按照语句出现的顺序执行

 initial begin
    a <= 0;
    a <= 1;
 end

以上面这个例子来说，根据确定性可知，两条语句的执行按顺序执行的，在进入非阻塞赋值更新时，变量a的值先被更新为0，后被更新为1

3.2 不确定性

在确定性中指出，在一个block中，所有语句的执行都是顺序执行的，那如果语句不在同一个block中呢？

对于不同的block，具体是哪个block先执行，这个行为是不确定的，比如下面这个例子

 assign q = a;
 
 always @(*) begin
     q = b;
 end

两条语句在不同的block中，而这两个block我们没办法预知到底是哪个block先执行，因此最终变量q是a的值还是b的值是不确定的，这也是为什么在学习Verilog时一直在强调，同一个变量不能在多个block中进行赋值

4 阻塞和非阻塞

从上面的调度表可以看出，阻塞赋值在活跃事件中；非阻塞的右式计算在活跃事件中，而更在非阻塞赋值更新事件中

由于事件队列的执行是顺序执行的，当仿真进入当前仿真时间时，先执行活跃事件，对于阻塞和非阻塞来说，当进入活跃事件时，阻塞赋值进行右式计算，并将计算的结果赋值给左式，而对于非阻塞赋值，此时只进行右式的计算，但不会立即将结果更新到左式，直到事件队列进入非阻塞赋值更新事件时，才更新非阻塞赋值的左式

说的可能不好理解，我们用例子来做说明

 module test;
     reg [1:0] a,b;
 
     initial begin
          a = 2'b11;
     end
 
     initial begin
         b <= 2'b1;
     end
 
     initial begin
         $display($time, ,"\$display: a-> %b", a);
         $display($time, ,"\$display: b-> %b", b);
         #10;
         $finish;
     end
 
 endmodule

从上面的事件调度表中可以知道，在这个例子中，阻塞赋值、非阻塞赋值的右式计算和$display都属于活跃事件

那么对于这个例子可以做出提前预测结果，变量a成功赋值，变量b没有完成赋值，来看看运行结果

可以看到运行结果与我们的猜测一致

同样的，如果我们加入监控事件，那么在监控事件中可以看到变量b的成功赋值

 module test;
     reg [1:0] a,b;
 
     initial begin
          a = 2'b11;
     end
 
     initial begin
         b <= 2'b1;
     end
 
     initial begin
         $display($time, ,"\$display: a-> %b", a);
         $display($time, ,"\$display: b-> %b", b);
         #10;
         $finish;
     end
 
     initial begin
         $strobe($time, ,"\$strobe: a-> %b", a);
         $strobe($time, ,"\$strobe: b-> %b", b);
     end
 endmodule

可以看到，在$strobe中，变量b成功赋值

回观调度表，有一个显示零延迟（#0），而#0延迟是处于非活跃事件的，那么我们再做一个小更改

 module test;
     reg [1:0] a,b;
 
     initial begin
          #0 a = 2'b11;
     end
 
     initial begin
         b <= 2'b1;
     end
 
     initial begin
         $display($time, ,"\$display: a-> %b", a);
         $display($time, ,"\$display: b-> %b", b);
         #10;
         $finish;
     end
 
     initial begin
         $strobe($time, ,"\$strobe: a-> %b", a);
         $strobe($time, ,"\$strobe: b-> %b", b);
     end
 endmodule

可以看到，当我们给阻塞赋值加上#0延迟后，$display不在显示变量a的赋值，因为加上#0延迟后，阻塞赋值进入非活跃事件队列，而处于活跃事件队列的$display自然无法打印变量a的值

同时监控事件$strobe能够打印变量a的值，说明加上#0延迟后，阻塞赋值还是属于当前仿真时间中，并未进入将来仿真事件，而如果我们给阻塞赋值加入一个非0延迟

 module test;
     reg [1:0] a,b;
 
     initial begin
          #1 a = 2'b11;
     end
 
     initial begin
         b <= 2'b1;
     end
 
     initial begin
         $display($time, ,"\$display: a-> %b", a);
         $display($time, ,"\$display: b-> %b", b);
         #10;
         $finish;
     end
 
     initial begin
         $strobe($time, ,"\$strobe: a-> %b", a);
         $strobe($time, ,"\$strobe: b-> %b", b);
     end
 endmodule