阻塞赋值与非阻塞赋值

概要：本文介绍了 Verilog 中阻塞赋值（=）与非阻塞赋值（<=）的区别，并通过实例代码演示它们在仿真中的行为差异，包括赋值顺序对逻辑和时间的影响，帮助读者理解过程赋值与连续赋值的不同，并掌握其在实际编码中的使用方式。

1. 过程赋值与连续赋值简介

首先明确，阻塞赋值和非阻塞赋值都属于过程赋值。

• 过程赋值：在 initial 和 always 中的赋值。赋值后值将保持不变，直到下一次赋值。
• 连续赋值：表达式一直处于激活状态，一旦操作数改变，结果随之改变（如组合逻辑的描述方式）。

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2. 阻塞赋值与非阻塞赋值的语法

• 阻塞赋值（Blocking Assignment）：使用 =
  → 当前语句执行完毕后，才会执行下一条语句（顺序执行）

• 非阻塞赋值（Non-blocking Assignment）：使用 <=
  → 当前语句不会阻塞，所有非阻塞赋值几乎同时调度执行（并行执行）

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3. 示例代码分析

以下是一个 Verilog 示例，展示两种赋值的使用及其在仿真中行为的差异。

`timescale 1ns/1ns
 
module test ;
    reg [3:0]   ai, bi ;
    reg [3:0]   ai2, bi2 ;
    reg [3:0]   value_blk ;
    reg [3:0]   value_non ;
    reg [3:0]   value_non2 ;
 
    initial begin
        ai            = 4'd1 ;   //(1)
        bi            = 4'd2 ;   //(2)
        ai2           = 4'd7 ;   //(3)
        bi2           = 4'd8 ;   //(4)
        #20 ;                    //(5)
 
        //non-block-assigment with block-assignment
        ai            = 4'd3 ;     //(6)
        bi            = 4'd4 ;     //(7)
        value_blk     = ai + bi ;  //(8)
        value_non     <= ai + bi ; //(9)
 
        //non-block-assigment itself
        ai2           <= 4'd5 ;           //(10)
        bi2           <= 4'd6 ;           //(11)
        value_non2    <= ai2 + bi2 ;      //(12)
    end
 
    //stop the simulation
    always begin
        #10 ;
        if ($time >= 1000) $finish ;
    end
 
endmodule

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4. 仿真时间段分析

4.1 时间段一：0 ~ 20ns（语句 (1)-(4)）

• 所有赋值为阻塞赋值（=），顺序执行
• 没有时间控制语句（如 #），故所有赋值发生在同一个时间点（0ns）

信号	值
ai	1
bi	2
ai2	7
bi2	8
value_blk	未赋值
value_non	未赋值
value_non2	未赋值

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4.2 时间段二：20ns 以后（语句 (6)-(12)）

执行顺序说明：

• (6)、(7)、(8)：阻塞赋值，依次执行
  • ai = 3
  • bi = 4
  • value_blk = ai + bi = 3 + 4 = 7

• (9)、(10)、(11)、(12)：非阻塞赋值，几乎同时调度

  • 执行 (9)：value_non <= ai + bi，此时 ai=3, bi=4 → value_non = 7
  • 执行 (10)、(11)：ai2 和 bi2 更新为 5 和 6，但不会立刻影响 (12)
  • 执行 (12)：value_non2 <= ai2 + bi2，使用旧值 ai2=7, bi2=8 → value_non2 = 15

信号	值
ai	3
bi	4
ai2	5
bi2	6
value_blk	7
value_non	7
value_non2	15

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5. 总结

• 阻塞赋值用于描述顺序逻辑，常用于组合逻辑模拟。
• 非阻塞赋值用于描述并行逻辑，适合建模时序逻辑。
• 非阻塞赋值不会立即改变变量的值，直到当前时间步结束后统一更新。
• 在写 always 块描述触发器（如 D 触发器）时，应使用非阻塞赋值，以避免竞态与不确定性。

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6. 表格总结（执行后变量值）

时间点	信号	值
0ns	ai	1
	bi	2
	ai2	7
	bi2	8
	value_blk	未赋值
	value_non	未赋值
	value_non2	未赋值
20ns+	ai	3
	bi	4
	ai2	5
	bi2	6
	value_blk	7
	value_non	7
	value_non2	15

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