4.3 Verilog 时序控制
关键词：时延控制，事件触发，边沿触发，电平触发
Verilog 提供了 2 大类时序控制方法：时延控制和事件控制。事件控制主要分为边沿触发事件控制与电平敏感事件控制。
时延控制
基于时延的时序控制出现在表达式中，它指定了语句从开始执行到执行完毕之间的时间间隔。
时延可以是数字、标识符或者表达式。
根据在表达式中的位置差异，时延控制又可以分为常规时延与内嵌时延。
常规时延
遇到常规延时时，该语句需要等待一定时间，然后将计算结果赋值给目标信号。
格式为：#delay procedural_statement，例如：
reg value_test ; reg value_general ; #10 value_general = value_test ;
该时延方式的另一种写法是直接将井号 # 独立成一个时延执行语句，例如：
#10 ; value_ single = value_test ;
内嵌时延
遇到内嵌延时时，该语句先将计算结果保存，然后等待一定的时间后赋值给目标信号。
内嵌时延控制加在赋值号之后。例如：
reg value_test ; reg value_embed ; value_embed = #10 value_test ;
需要说明的是，这 2 种时延控制方式的效果是有所不同的。
当延时语句的赋值符号右端是常量时，2 种时延控制都能达到相同的延时赋值效果。
当延时语句的赋值符号右端是变量时，2 种时延控制可能会产生不同的延时赋值效果。
例如下面仿真代码：
实例
module test ;
reg value_test ;
reg value_general , value_embed , value_single ;
//signal source
initial begin
value_test = 0 ;
# 25 ; value_test = 1 ;
# 35 ; value_test = 0 ; //absolute 60ns
# 40 ; value_test = 1 ; //absolute 100ns
# 10 ; value_test = 0 ; //absolute 110ns
end
//(1)general delay control
initial begin
value_general = 1 ;
# 10 value_general = value_test ; //10ns, value_test=0
# 45 value_general = value_test ; //55ns, value_test=1
# 30 value_general = value_test ; //85ns, value_test=0
# 20 value_general = value_test ; //105ns, value_test=1
end
//(2)embedded delay control
initial begin
value_embed = 1 ;
value_embed = # 10 value_test ; //0ns, value_test=0
value_embed = # 45 value_test ; //10ns, value_test=0
value_embed = # 30 value_test ; //55ns, value_test=1
value_embed = # 20 value_test ; //85ns, value_test=0
end
//(3)single delay control
initial begin
value_single = 1 ;
# 10 ;
value_single = value_test ; //10ns, value_test=0
# 45 ;
value_single = value_test ; //55ns, value_test=1
# 30 ;
value_single = value_test ; //85ns, value_test=0
# 20 ;
value_single = value_test ; //105ns, value_test=1
end
always begin
# 10 ;
if ( $time >= 150 ) begin
$finish ;
end
end
endmodule
仿真结果如下，由图可知：
- （1）一般延时的两种表达方式执行的结果都是一致的。
- （2）一般时延赋值方式：遇到延迟语句后先延迟一定的时间，然后将当前操作数赋值给目标信号，并没有"惯性延迟"的特点，不会漏掉相对较窄的脉冲。
- （3）内嵌时延赋值方式：遇到延迟语句后，先计算出表达式右端的结果，然后再延迟一定的时间，赋值给目标信号。
下面分析下内嵌延时的赋值过程：
value_embed = #10 value_test ; //0ns, value_test=0
0ns 时，执行此延时语句。
先将 0 赋值给信号 value_embed, 延迟 10ns 输出为 0；
value_embed = #45 value_test ; //10ns, value_test=0
10ns 时，执行此延时语句。
由于此时 value_test 仍然为 0，所以 value_embed 值不变。
即到 55ns 时，value_embed 值仍然保持为 0。
value_embed = #30 value_test ; //55ns, value_test=1
同理，55ns 时，value_test 值为 1，将其赋值给 value_embed 并延迟 30ns 输出。
所以 85ns 时，value_embed 输出为 1。
value_embed = #20 value_test ; //85ns, value_test=0
同理，105ns 时，value_embed 输出为 0。
边沿触发事件控制
在 Verilog 中，事件是指某一个 reg 或 wire 型变量发生了值的变化。
基于事件触发的时序控制又主要分为以下几种。
一般事件控制
事件控制用符号 @ 表示。
语句执行的条件是信号的值发生特定的变化。
关键字 posedge 指信号发生边沿正向跳变，negedge 指信号发生负向边沿跳变，未指明跳变方向时，则 2 种情况的边沿变化都会触发相关事件。例如：
实例
always @ (clk ) q <= d ;
//在信号clk上升沿时刻，执行q<=d，正边沿D触发器模型
always @ ( posedge clk ) q <= d ;
//在信号clk下降沿时刻，执行q<=d，负边沿D触发器模型
always @ ( negedge clk ) q <= d ;
//立刻计算d的值，并在clk上升沿时刻赋值给q，不推荐这种写法
q = @ ( posedge clk ) d ;
命名事件控制
用户可以声明 event（事件）类型的变量，并触发该变量来识别该事件是否发生。命名事件用关键字 event 来声明，触发信号用 -> 表示。例如：
实例
always @ ( posedge clk_samp ) begin
-> start_receiving ; //采样时钟上升沿作为时间触发时刻
end
always @ (start_receiving ) begin
data_buf = {data_if [ 0 ] , data_if [ 1 ] } ; //触发时刻，对多维数据整合
end
敏感列表
当多个信号或事件中任意一个发生变化都能够触发语句的执行时，Verilog 中使用"或"表达式来描述这种情况，用关键字 or 连接多个事件或信号。这些事件或信号组成的列表称为"敏感列表"。当然，or 也可以用逗号 , 来代替。例如：
实例
always @ ( posedge clk or negedge rstn ) begin
//always @(posedge clk , negedge rstn) begin
//也可以使用逗号陈列多个事件触发
if（ ! rstn） begin
q <= 1'b ;
end
else begin
q <= d ;
end
end
当组合逻辑输入变量很多时，那么编写敏感列表会很繁琐。此时，更为简洁的写法是 @* 或 @(*)，表示对语句块中的所有输入变量的变化都是敏感的。例如：
实例
//always @(a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, k, l, m) begin
//两种写法等价
assign s = a ? b +c : d ? e +f : g ? h +i : j ? k +l : m ;
end
电平敏感事件控制
前面所讨论的事件控制都是需要等待信号值的变化或事件的触发，使用 @+敏感列表 的方式来表示的。
Verilog 中还支持使用电平作为敏感信号来控制时序，即后面语句的执行需要等待某个条件为真。Verilog 中使用关键字 wait 来表示这种电平敏感情况。例如：
实例
wait (start_enable ) ; //等待 start 信号
forever begin
//start信号使能后，在clk_samp上升沿，对数据进行整合
@ ( posedge clk_samp ) ;
data_buf = {data_if [ 0 ] , data_if [ 1 ] } ;
end
end
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