在Verilog這一強(qiáng)大的硬件描述語(yǔ)言（HDL）中，過(guò)程賦值是設(shè)計(jì)數(shù)字電路不可或缺的一部分。過(guò)程賦值主要發(fā)生在initial或always語(yǔ)句塊中，用于對(duì)寄存器（reg）類型變量進(jìn)行賦值。根據(jù)賦值方式的不同，過(guò)程賦值可以分為阻塞賦值（Blocking Assignments）和非阻塞賦值（Nonblocking Assignments）兩種。本文將深入探討這兩種賦值方式的原理、區(qū)別以及應(yīng)用場(chǎng)景，幫助讀者快速掌握Verilog過(guò)程賦值的精髓。

一、阻塞賦值（Blocking Assignments）

阻塞賦值由等號(hào)=完成，其特點(diǎn)在于“順序執(zhí)行”。在一個(gè)always塊或initial塊中，如果使用了阻塞賦值，那么只有在當(dāng)前賦值語(yǔ)句完全執(zhí)行完畢后，下一條語(yǔ)句才會(huì)開(kāi)始執(zhí)行。換句話說(shuō)，下一條語(yǔ)句的執(zhí)行被當(dāng)前語(yǔ)句的執(zhí)行“阻塞”了。

1. 原理與特性

順序執(zhí)行：阻塞賦值保證了語(yǔ)句執(zhí)行的順序性，即一條語(yǔ)句執(zhí)行完畢后才會(huì)執(zhí)行下一條。

即時(shí)賦值：賦值操作在語(yǔ)句執(zhí)行后立即完成，變量的值立即更新。

應(yīng)用場(chǎng)景：阻塞賦值常用于描述組合邏輯電路，因?yàn)榻M合邏輯的輸出僅取決于當(dāng)前輸入，不需要考慮時(shí)序因素。

2. 注意事項(xiàng)

在串行語(yǔ)句塊中，阻塞賦值語(yǔ)句按順序執(zhí)行，但在并行語(yǔ)句塊中，雖然每個(gè)always塊或initial塊內(nèi)部是順序執(zhí)行的，但不同塊之間可以并行執(zhí)行。

如果在always塊中混合使用阻塞賦值和非阻塞賦值，可能會(huì)導(dǎo)致時(shí)序邏輯不可預(yù)測(cè)，因此應(yīng)盡量避免。

二、非阻塞賦值（Nonblocking Assignments）

非阻塞賦值由小于等于號(hào)<=完成，其特點(diǎn)在于“并行執(zhí)行”。在一個(gè)always塊中，使用非阻塞賦值的語(yǔ)句會(huì)同時(shí)啟動(dòng)，但賦值操作并不會(huì)立即完成，而是在該always塊結(jié)束時(shí)統(tǒng)一進(jìn)行。

1. 原理與特性

并行執(zhí)行：非阻塞賦值語(yǔ)句在always塊內(nèi)部是并行執(zhí)行的，即不會(huì)相互阻塞。

延遲賦值：賦值操作在always塊結(jié)束時(shí)才完成，因此變量的值不會(huì)立即更新。

應(yīng)用場(chǎng)景：非阻塞賦值主要用于描述時(shí)序邏輯電路，特別是在時(shí)鐘邊沿觸發(fā)時(shí)更新寄存器值的情況。

2. 注意事項(xiàng)

非阻塞賦值只能用于reg類型變量，不能用于wire類型變量。

在always @(posedge clk)等時(shí)序邏輯塊中，應(yīng)使用非阻塞賦值來(lái)避免競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)和時(shí)序問(wèn)題。

非阻塞賦值不會(huì)改變語(yǔ)句的執(zhí)行順序，但會(huì)影響變量值的更新時(shí)機(jī)。

三、阻塞賦值與非阻塞賦值的區(qū)別與應(yīng)用

1. 區(qū)別

執(zhí)行方式：阻塞賦值是順序執(zhí)行的，非阻塞賦值是并行執(zhí)行的。

賦值時(shí)機(jī)：阻塞賦值在語(yǔ)句執(zhí)行后立即賦值，非阻塞賦值在always塊結(jié)束時(shí)賦值。

應(yīng)用場(chǎng)景：阻塞賦值適用于組合邏輯電路，非阻塞賦值適用于時(shí)序邏輯電路。

2. 應(yīng)用場(chǎng)景

組合邏輯：在描述組合邏輯時(shí)，應(yīng)使用阻塞賦值。因?yàn)榻M合邏輯的輸出僅取決于當(dāng)前輸入，不需要考慮時(shí)序因素。

時(shí)序邏輯：在描述時(shí)序邏輯時(shí)，特別是時(shí)鐘邊沿觸發(fā)時(shí)更新寄存器值時(shí)，應(yīng)使用非阻塞賦值。這可以避免競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)和時(shí)序問(wèn)題，確保電路的正確性。

四、總結(jié)

掌握Verilog中的阻塞賦值和非阻塞賦值是設(shè)計(jì)數(shù)字電路的基礎(chǔ)。通過(guò)理解這兩種賦值方式的原理、特性和應(yīng)用場(chǎng)景，讀者可以更加靈活地運(yùn)用Verilog進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)電路的具體需求和特點(diǎn)選擇合適的賦值方式，以確保電路的正確性和穩(wěn)定性。同時(shí)，也要注意避免在always塊中混合使用阻塞賦值和非阻塞賦值，以免導(dǎo)致時(shí)序邏輯不可預(yù)測(cè)。通過(guò)不斷實(shí)踐和學(xué)習(xí)，讀者可以逐漸提高自己的Verilog設(shè)計(jì)水平，為數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。