數(shù)字門(mén)級(jí)電路可分為兩大類(lèi)：組合邏輯和時(shí)序邏輯。鎖存器是組合邏輯和時(shí)序邏輯的一個(gè)交叉點(diǎn)，在后面會(huì)作為單獨(dú)的主題處理。

組合邏輯描述了門(mén)級(jí)電路，其中邏輯塊的輸出直接反映到該塊的輸入值的組合，例如，雙輸入AND門(mén)的輸出是兩個(gè)輸入的邏輯與。如果輸入值發(fā)生變化，輸出值將反映這一變化，組合邏輯的RTL模型需要反映這種門(mén)級(jí)行為，這意味著邏輯塊的輸出必須始終反映該邏輯塊當(dāng)前輸入值的組合。

SystemVerilog有三種在可綜合RTL級(jí)別表示組合邏輯的方法：連續(xù)賦值語(yǔ)句、always程序塊和函數(shù)。接下來(lái)幾篇文章將探討每種編碼風(fēng)格，并推薦最佳實(shí)踐編碼風(fēng)格。

連續(xù)賦值語(yǔ)句（布爾表達(dá)式）

連續(xù)賦值語(yǔ)句將表達(dá)式或操作結(jié)果驅(qū)動(dòng)到網(wǎng)絡(luò)或變量上，顯式連續(xù)賦值語(yǔ)句是以assign關(guān)鍵字開(kāi)始的語(yǔ)句。連續(xù)賦值語(yǔ)句的一個(gè)簡(jiǎn)單示例：

賦值的左邊，即上面的sum；在上面的例子中，每當(dāng)右邊的值發(fā)生任何變化時(shí)，即在上面的例子中a或b發(fā)生變化時(shí)，sum就會(huì)更新。每當(dāng)右邊發(fā)生變化時(shí)，左邊的這種持續(xù)更新行為就是組合邏輯行為的模型。

連續(xù)賦值語(yǔ)句允許在右側(cè)發(fā)生更改和左側(cè)更新之間指定傳播延遲。然而，綜合編譯器預(yù)期RTL模型為零延遲，并且會(huì)忽略連續(xù)賦值語(yǔ)句中的延遲。這可能會(huì)導(dǎo)致經(jīng)過(guò)延遲驗(yàn)證的設(shè)計(jì)與忽略延遲的綜合實(shí)現(xiàn)之間不匹配。本系列文章只展示零延遲示例。

左側(cè)類(lèi)型。連續(xù)賦值語(yǔ)句的左側(cè)可以是標(biāo)量（1位）或向量，也可以是變量類(lèi)型，也可以是用戶(hù)定義的類(lèi)型。左側(cè)不能是未壓縮的的結(jié)構(gòu)體或未壓縮的數(shù)組。

在連續(xù)賦值語(yǔ)句的左側(cè)使用網(wǎng)絡(luò)或變量之間有一個(gè)重要區(qū)別：

• 網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型（如wire或tri）可以由多個(gè)源驅(qū)動(dòng)，包括多個(gè)連續(xù)分配、多個(gè)模塊或基本實(shí)例的輸出或輸入端口連接，或驅(qū)動(dòng)的任意組合。

• 變量類(lèi)型（如var或int）只能從單個(gè)源分配一個(gè)值，可以是：?jiǎn)蝹€(gè)輸入端口、單個(gè)連續(xù)賦值語(yǔ)句或任意數(shù)量的過(guò)程賦值（多個(gè)過(guò)程賦值被視為單個(gè)源；綜合器要求多個(gè)過(guò)程賦值在同一個(gè)過(guò)程中）。

請(qǐng)注意，logic關(guān)鍵字推斷出一種數(shù)據(jù)類(lèi)型，但其本身不是網(wǎng)絡(luò)或變量類(lèi)型。當(dāng)logic本身被使用時(shí)，一個(gè)變量被推斷出來(lái)，并附帶單個(gè)源賦值限制）。當(dāng)使用logic關(guān)鍵字聲明輸出模塊端口時(shí)，也會(huì)推斷出一個(gè)變量。當(dāng)使用logic關(guān)鍵字聲明輸入或inout模塊端口時(shí)，將推斷出具有多個(gè)驅(qū)動(dòng)程序功能的wire類(lèi)型。

僅當(dāng)需要多個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)使用網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型（如wire或tri），例如共享總線、三態(tài)總線或inout雙向模塊端口。

對(duì)于RTL建模，語(yǔ)義規(guī)則的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是變量只能有一個(gè)來(lái)源。ASIC和FPGA設(shè)備中的大多數(shù)信號(hào)大多數(shù)為單源邏輯，但三態(tài)總線和雙向端口除外。變量的單源限制有助于防止無(wú)意中的編碼錯(cuò)誤，如果對(duì)具有變量類(lèi)型的同一信號(hào)進(jìn)行多個(gè)連續(xù)賦值語(yǔ)句或連接，則多源編碼錯(cuò)誤將在仿真和綜合中報(bào)告為編譯或布線錯(cuò)誤。

向量寬度不匹配。連續(xù)賦值語(yǔ)句的左側(cè)可以是與右側(cè)的信號(hào)或表達(dá)式結(jié)果不同寬度的向量大小。出現(xiàn)這種情況時(shí)，SystemVerilog會(huì)自動(dòng)調(diào)整右側(cè)的向量寬度，以匹配左側(cè)的大小。如果右側(cè)的向量寬度大于左側(cè)，則右側(cè)的最高有效位將被截?cái)酁樽髠?cè)的大小。如果右側(cè)是較小的向量寬度大小，則右側(cè)值將向左擴(kuò)展到左側(cè)的大小。如果表達(dá)式或運(yùn)算結(jié)果是無(wú)符號(hào)的，則左擴(kuò)展將用0擴(kuò)展。如果右側(cè)表達(dá)式或運(yùn)算結(jié)果是有符號(hào)的，則將使用符號(hào)擴(kuò)展。

在一些特例的情況下，賦值的右側(cè)和左側(cè)有不同大小的向量。這方面的一個(gè)例子是變量旋轉(zhuǎn)操作（variable rotate operation）前面有介紹過(guò)，可以查看之前的文章。

顯式和隱式推斷的連續(xù)賦值語(yǔ)句

連續(xù)賦值語(yǔ)句有兩種形式：顯式連續(xù)賦值語(yǔ)句和隱式連續(xù)賦值語(yǔ)句。顯式連續(xù)賦值語(yǔ)句是用assign關(guān)鍵字聲明的，如前面的代碼段和示例所示。這種形式的連續(xù)賦值語(yǔ)句既可以賦值給網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型，也可以賦值給變量類(lèi)型。隱式連續(xù)賦值語(yǔ)句將網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型的聲明與連續(xù)賦值語(yǔ)句相結(jié)合。即使未使用assign關(guān)鍵字，這種形式的連續(xù)性質(zhì)也是可以推斷出來(lái)的。

推斷網(wǎng)絡(luò)聲明賦值示例如下：

請(qǐng)注意，推斷網(wǎng)絡(luò)聲明賦值語(yǔ)句與變量初始化語(yǔ)句不同，例如：

變量初始化只執(zhí)行一次，而推斷網(wǎng)絡(luò)聲明賦值是一個(gè)過(guò)程，每當(dāng)右側(cè)表達(dá)式上的值發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)更新左側(cè)網(wǎng)絡(luò)。推斷網(wǎng)絡(luò)聲明賦值語(yǔ)句是可綜合的。

多次連續(xù)賦值語(yǔ)句

一個(gè)模塊可以包含任意數(shù)量的連續(xù)賦值語(yǔ)句。每個(gè)連續(xù)賦值語(yǔ)句都是一個(gè)單獨(dú)的過(guò)程，與其他連續(xù)賦值語(yǔ)句并行運(yùn)行。所有連續(xù)賦值語(yǔ)句從仿真時(shí)間零點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算右側(cè)運(yùn)算，并運(yùn)行到仿真結(jié)束。

一個(gè)模塊中的多個(gè)過(guò)程分配可用于表示數(shù)據(jù)流行為，其中功能是用布爾方程建模的，布爾方程使用SystemVerilog操作符產(chǎn)生輸出，而不是使用過(guò)程編程語(yǔ)句。在RTL模型中，數(shù)據(jù)流賦值表示數(shù)據(jù)在寄存器之間流動(dòng)的組合邏輯。

下面的示例使用連續(xù)賦值語(yǔ)句來(lái)仿真通過(guò)加法器、乘法器和減法器的數(shù)據(jù)流。該數(shù)據(jù)流的結(jié)果在時(shí)鐘每個(gè)正邊緣被存儲(chǔ)在寄存器中:

//`begin_keywords"1800-2012"//useSystemVerilog-2012keywords
moduledataflow
#(parameterN=4)//bussize
(inputlogicclk,//scalarinput
inputlogic[N-1:0]a,b,c,//scalableinputsize
inputlogic[1:0]factor,//fixedinputsize
outputlogic[N-1:0]out//scalableoutputsize
);
timeunit1ns;timeprecision1ns;

logic[N-1:0]sum,diff,prod;

assignsum=a+b;
assigndiff=prod-c;
assignprod=sum*factor;

always@(posedgeclk)
out<=?diff;

endmodule:?dataflow
//`end_keywords

因?yàn)槟K中的多個(gè)連續(xù)賦值語(yǔ)句并行運(yùn)行，所以RTL源代碼中賦值的順序沒(méi)有區(qū)別。這可以通過(guò)比較示例7-1中連續(xù)賦值語(yǔ)句的順序和圖7-1所示的綜合結(jié)果中的數(shù)據(jù)流順序看出來(lái)。RTL代碼按加法、減法、乘法的順序列出賦值語(yǔ)句，但操作的數(shù)據(jù)流是加法、乘法、減法。

同時(shí)使用連續(xù)賦值語(yǔ)句和always程序

一個(gè)模塊可以包含連續(xù)賦值語(yǔ)句和always程序的組合。

下面的簡(jiǎn)單示例演示了一個(gè)帶有雙向數(shù)據(jù)總線的靜態(tài)RAM。當(dāng)從RAM讀取數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)總線作為輸出端口被驅(qū)動(dòng)——當(dāng)不被讀取時(shí)，數(shù)據(jù)總線被分配高阻態(tài)，以便其他設(shè)備可以驅(qū)動(dòng)該總線，連續(xù)賦值語(yǔ)句用于仿真輸出功能，以及always程序用于仿真輸入功能(方便在時(shí)鐘上升沿觸發(fā))。

數(shù)據(jù)總線是一個(gè)雙向inout端口，必須是網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型，如wire或tri，才能有多個(gè)驅(qū)動(dòng)源。當(dāng)數(shù)據(jù)總線是RAM的輸出時(shí)，它可以由RAM驅(qū)動(dòng)，當(dāng)數(shù)據(jù)總線是RAM的輸入時(shí)，它可以由其他模塊驅(qū)動(dòng)。只有連續(xù)賦值語(yǔ)句才能分配給網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)類(lèi)型。

每個(gè)連續(xù)賦值語(yǔ)句和每個(gè)always程序都是一個(gè)單獨(dú)的并行過(guò)程，從仿真時(shí)間零點(diǎn)開(kāi)始，在整個(gè)仿真過(guò)程中運(yùn)行。模塊中連續(xù)賦值語(yǔ)句和always程序的順序并不重要，因?yàn)檫@些程序是并行運(yùn)行的。

審核編輯 ：李倩