Verilog任務(wù)與函數(shù)的區(qū)別

任務(wù)與函數(shù)的區(qū)別

和函數(shù)一樣，任務(wù)（task）可以用來描述共同的代碼段，并在模塊內(nèi)任意位置被調(diào)用，讓代碼更加的直觀易讀。函數(shù)一般用于組合邏輯的各種轉(zhuǎn)換和計(jì)算，而任務(wù)更像一個(gè)過程，不僅能完成函數(shù)的功能，還可以包含時(shí)序控制邏輯。下面對(duì)任務(wù)與函數(shù)的區(qū)別進(jìn)行概括：

任務(wù)

◆任務(wù)聲明

任務(wù)在模塊中任意位置定義，并在模塊內(nèi)任意位置引用，作用范圍也局限于此模塊。

模塊內(nèi)子程序出現(xiàn)下面任意一個(gè)條件時(shí)，則必須使用任務(wù)而不能使用函數(shù)。

1）子程序中包含時(shí)序控制邏輯，例如延遲，事件控制等

2）沒有輸入變量

3）沒有輸出或輸出端的數(shù)量大于 1

Verilog 任務(wù)聲明格式如下：

task       task_id ;
       port_declaration ;
       procedural_statement ;
endtask

任務(wù)中使用關(guān)鍵字 input、output 和 inout 對(duì)端口進(jìn)行聲明。input 、inout 型端口將變量從任務(wù)外部傳遞到內(nèi)部，output、inout 型端口將任務(wù)執(zhí)行完畢時(shí)的結(jié)果傳回到外部。

進(jìn)行任務(wù)的邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，可以把 input 聲明的端口變量看做 wire 型，把 output 聲明的端口變量看做 reg 型。但是不需要用 reg 對(duì) output 端口再次說明。

對(duì) output 信號(hào)賦值時(shí)也不要用關(guān)鍵字 assign。為避免時(shí)序錯(cuò)亂，建議 output 信號(hào)采用阻塞賦值。

例如，一個(gè)帶延時(shí)的異或功能 task 描述如下：

task xor_oper_iner;
    input [N-1:0]   numa;
    input [N-1:0]   numb;
    output [N-1:0]  numco ;
    //output reg [N-1:0]  numco ; //無需再注明 reg 類型，雖然注明也可能沒錯(cuò)
    #3  numco = numa ^ numb ;
    //assign #3 numco = numa ^ numb ; //不用assign，因?yàn)檩敵瞿J(rèn)是reg
endtask

任務(wù)在聲明時(shí)，也可以在任務(wù)名后面加一個(gè)括號(hào)，將端口聲明包起來。

上述設(shè)計(jì)可以更改為：

task xor_oper_iner（
    input [N-1:0]   numa,
    input [N-1:0]   numb,
    output [N-1:0]  numco  ） ; 
    #3  numco       = numa ^ numb ;
endtask

◆任務(wù)調(diào)用

任務(wù)可單獨(dú)作為一條語句出現(xiàn)在 initial 或 always 塊中，調(diào)用格式如下：

task_id(input1, input2, …,outpu1, output2, …);

任務(wù)調(diào)用時(shí)，端口必須按順序?qū)?yīng)。

輸入端連接的模塊內(nèi)信號(hào)可以是 wire 型，也可以是 reg 型。輸出端連接的模塊內(nèi)信號(hào)要求一定是 reg 型，這點(diǎn)需要注意。

對(duì)上述異或功能的 task 進(jìn)行一個(gè)調(diào)用，完成對(duì)異或結(jié)果的緩存。

module xor_oper
    #(parameter         N = 4)
     (
      input             clk ,
      input             rstn ,
      input [N-1:0]     a ,
      input [N-1:0]     b ,
      output [N-1:0]    co  );

    reg [N-1:0]          co_t ;
    always @(*) begin          //任務(wù)調(diào)用
        xor_oper_iner(a, b, co_t);
    end

    reg [N-1:0]          co_r ;
    always @(posedge clk or negedge rstn) begin
        if (!rstn) begin
            co_r   <= 'b0 ;
        end
        else begin
            co_r   <= co_t ;         //數(shù)據(jù)緩存
        end
    end
    assign       co = co_r ;

   /*------------ task -------*/
    task xor_oper_iner;
        input [N-1:0]   numa;
        input [N-1:0]   numb;
        output [N-1:0]  numco ;
        #3  numco       = numa ^ numb ;   //阻塞賦值，易于控制時(shí)序
    endtask

endmodule

◆對(duì)上述設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單仿真，testbench 描述如下。

激勵(lì)部分我們使用簡單的 task 進(jìn)行描述，看起來會(huì)更加的清晰簡潔。

其實(shí)，task 最多的應(yīng)用場景還是在 testbench 中使用。task 在一些編譯器中也不支持綜合。

`timescale 1ns/1ns

module test ;
    reg          clk, rstn ;

    initial begin
        rstn      = 0 ;
        #8 rstn   = 1 ;
        forever begin
            clk = 0 ; # 5;
            clk = 1 ; # 5;
        end
    end

    reg  [3:0]   a, b;
    wire [3:0]   co ;
    initial begin
        a         = 0 ;
        b         = 0 ;
        sig_input(4'b1111, 4'b1001, a, b);
        sig_input(4'b0110, 4'b1001, a, b);
        sig_input(4'b1000, 4'b1001, a, b);
    end

    task sig_input ;
        input [3:0]       a ;
        input [3:0]       b ;
        output [3:0]      ao ;
        output [3:0]      bo ;
        @(posedge clk) ;
        ao = a ;
        bo = b ;
    endtask ; // sig_input

    xor_oper         u_xor_oper
    (
      .clk              (clk  ),
      .rstn             (rstn ),
      .a                (a    ),
      .b                (b    ),
      .co               (co   ));

    initial begin
        forever begin
            #100;
            if ($time >= 1000)  $finish ;
        end
    end

endmodule

◆仿真結(jié)果如下。

由圖可知，異或輸出邏輯結(jié)果正確，相對(duì)于輸入有 3ns 的延遲。

且連接信號(hào) a，b，co_t 與任務(wù)內(nèi)部定義的信號(hào) numa，numb，numco 狀態(tài)也保持一致。

任務(wù)操作全局變量

因?yàn)槿蝿?wù)可以看做是過程性賦值，所以任務(wù)的 output 端信號(hào)返回時(shí)間是在任務(wù)中所有語句執(zhí)行完畢之后。

任務(wù)內(nèi)部變量也只有在任務(wù)中可見，如果想具體觀察任務(wù)中對(duì)變量的操作過程，需要將觀察的變量聲明在模塊之內(nèi)、任務(wù)之外，可謂之“全局變量”。

◆例如有以下 2 種嘗試?yán)?task 產(chǎn)生時(shí)鐘的描述方式。

//way1 to decirbe clk generating, not work
    task clk_rvs_iner ;
        output    clk_no_rvs ;
        # 5 ;     clk_no_rvs = 0 ;
        # 5 ;     clk_no_rvs = 1 ;
    endtask 
    reg          clk_test1 ;
    always clk_rvs_iner(clk_test1);

//way2: use task to operate global varialbes to generating clk
    reg          clk_test2 ;
    task clk_rvs_global ;
        # 5 ;     clk_test2 = 0 ;
        # 5 ;     clk_test2 = 1 ;
    endtask // clk_rvs_iner
    always clk_rvs_global;

◆ 仿真結(jié)果如下。

第一種描述方式，雖然任務(wù)內(nèi)部變量會(huì)有賦值 0 和賦值 1 的過程操作，但中間變化過程并不可見，最后輸出的結(jié)果只能是任務(wù)內(nèi)所有語句執(zhí)行完畢后輸出端信號(hào)的最終值。所以信號(hào) clk_test1 值恒為 1，此種方式產(chǎn)生不了時(shí)鐘。

第二種描述方式，雖然沒有端口信號(hào)，但是直接對(duì)“全局變量”進(jìn)行過程操作，因?yàn)樵撊肿兞繉?duì)模塊是可見的，所以任務(wù)內(nèi)信號(hào)翻轉(zhuǎn)的過程會(huì)在信號(hào) clk_test2 中體現(xiàn)出來。

automatic 任務(wù)

和函數(shù)一樣，Verilog 中任務(wù)調(diào)用時(shí)的局部變量都是靜態(tài)的?？梢杂藐P(guān)鍵字 automatic 來對(duì)任務(wù)進(jìn)行聲明，那么任務(wù)調(diào)用時(shí)各存儲(chǔ)空間就可以動(dòng)態(tài)分配，每個(gè)調(diào)用的任務(wù)都各自獨(dú)立的對(duì)自己獨(dú)有的地址空間進(jìn)行操作，而不影響多個(gè)相同任務(wù)調(diào)用時(shí)的并發(fā)執(zhí)行。

如果一任務(wù)代碼段被 2 處及以上調(diào)用，一定要用關(guān)鍵字 automatic 聲明。

◆當(dāng)沒有使用 automatic 聲明任務(wù)時(shí)，任務(wù)被 2 次調(diào)用，可能出現(xiàn)信號(hào)間干擾，例如下面代碼描述：

task test_flag ;
        input [3:0]       cnti ;
        input             en ;
        output [3:0]      cnto ;
        if (en) cnto = cnti ;
    endtask

    reg          en_cnt ;
    reg [3:0]    cnt_temp ;
    initial begin
        en_cnt    = 1 ;
        cnt_temp  = 0 ;
        #25 ;     en_cnt = 0 ;
    end
    always #10 cnt_temp = cnt_temp + 1 ;

    reg [3:0]             cnt1, cnt2 ;
    always @(posedge clk) test_flag(2, en_cnt, cnt1);       //task(1)
    always @(posedge clk) test_flag(cnt_temp, !en_cnt, cnt2);//task(2)

◆ 仿真結(jié)果如下。

en_cnt 為高時(shí)，任務(wù) (1) 中信號(hào) en 有效， cnt1 能輸出正確的邏輯值；

此時(shí)任務(wù) (2) 中信號(hào) en 是不使能的，所以 cnt2 的值被任務(wù) (1) 驅(qū)動(dòng)的共用變量 cnt_temp 覆蓋。

en_cnt 為低時(shí)，任務(wù) (2) 中信號(hào) en 有效，所以任務(wù) (2) 中的信號(hào) cnt2 能輸出正確的邏輯值；而此時(shí)信號(hào) cnt1 的值在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，一次次被任務(wù) (2) 驅(qū)動(dòng)的共用變量 cnt_temp 覆蓋。

可見，任務(wù)在兩次并發(fā)調(diào)用中，共用存儲(chǔ)空間，導(dǎo)致信號(hào)間產(chǎn)生了影響。

◆其他描述不變，只在上述 task 聲明時(shí)加入關(guān)鍵字 automatic，如下所示。

task automatic test_flag ;

◆此時(shí)仿真結(jié)果如下。

en_cnt 為高時(shí)，任務(wù) (1) 中信號(hào) cnt1 能輸出正確的邏輯值，任務(wù) (2) 中信號(hào) cnt2 的值為 X；

en_cnt 為低時(shí)，任務(wù) (2) 中信號(hào) cnt2 能輸出正確的邏輯值，任務(wù) (1) 中信號(hào) cnt1 的值為 X；

可見，任務(wù)在兩次并發(fā)調(diào)用中，因?yàn)榇鎯?chǔ)空間相互獨(dú)立，信號(hào)間并沒有產(chǎn)生影響。