一个关于时序逻辑的困惑，希望大家一起讨论

lijieamd

我在用verilog描述时序电路时，始终有一个问题困扰我，可能确实有这个问题存在，也可能是我的理解不到位，现在我将问题描述出来，希望大家能一起讨论。

always@(negedge rst or posedge clk)
        begin
                if(~rst)
                begin
                        counter = 8'd0;
                end
                else
                begin
                        counter = counter + 8'd1;
                end       
        end

        always@(negedge rst or posedge clk)
        begin
                if(~rst)
                begin
                        A = 1'b0;
                end
                else if(counter == 8'd2)
                begin
                        A = 1'b1;
                end
        end

很简单的一个代码，clk上升沿驱动counter计数，在clk上升沿判断counter值，如果等于2，输出A=1

生成的RTL图和仿真波形如下




我对RTL图的理解是这样，在第一个clk上升沿到来之前，counter[7..0]的触发器输出是8’d0，输入是8’d1，第一个clk上升沿到来后，输出8’d1，第二个clk上升沿到来后，输出8’d2。
此时Equal0将输出1，A的触发器被使能，而同时第二个clk上升沿会使A的Q=D。

问题就在这里，也就是A触发器的ENA和触发端信号的先后问题。
从仿真图来看，触发端的clk上升沿应该来的更快，因为第二个clk上升沿的时候，A输出任然为0，到第三个clk上升沿，A才输出1。实际上我是想让第二个clk上升沿就输出A=1

如果出现下面这种情况



也就是在FPGA内部，clk到A触发器的走线长度远远大于到counter触发器的走线。那么在A和counter的触发端会有一个可观的延时，也就是时钟偏斜（SKEW），那么这样的话，在第二个clk上升沿到达A触发器的时候， A触发器的ENA端已经是1了，也就是说，在第二个clk上升沿，A就已经输出1了，这和仿真就不同了。

这是否意味着，这个verilog描述本就存在问题？
如果我想在任何情况下，都会稳定的在第二个clk上升沿使A输出1，应该如何实现呢？

希望大家能给我一些帮助，谢谢。

lanliang714

verilog描述问题，
可改为：assign A = (counter >= 8'd2) ? 1'b1 : 1'b0;

或者
always@(negedge rst or posedge clk)
        begin
                if(~rst)
                begin
                        A = 1'b0;
                end
                else if(counter == 8'd1)
                begin
                        A = 1'b1;
                end
        end

pocker5200

时钟线走全局时钟网络，它可以保证时钟信号到达各个目标逻辑单元的时延基本相同。
有条件的话，把代码下载到板子上跑一下，用逻辑分析仪看结果。

lijieamd

lanliang714 发表于 2012-6-25 15:32
verilog描述问题，
可改为：assign A = (counter >= 8'd2) ? 1'b1 : 1'b0;

写成 (counter == 8'd1) 的确能使得在第二个clk上升沿输出A=1，但是如果发生时钟偏斜，是不是可能像我上面所说的那样，就在第一个clk上升沿就已经输出A了呢

因为我想在多个counter值进行不同的逻辑操作，如果用组合逻辑的话，还行吗？

lijieamd

pocker5200 发表于 2012-6-25 16:36
时钟线走全局时钟网络，它可以保证时钟信号到达各个目标逻辑单元的时延基本相同。
有条件的话，把代码下载 ...

那有没有一种时序逻辑描述方法，即使发生了一定程度的时钟偏斜，任然会正常工作呢?

wye11083

只要你的设计能满足时序约束，下到板子上就跟仿真一样。唯一要注意的是仿真时使用的一些信号要做一些调整，否则仿真结果不正确。

岭上开花

如果这样写呢？

always@(negedge rst or posedge clk)
        begin
                if(~rst)
                begin
                        counter = 8'd0;
                        A=1'b0;
                end
                else
                begin
                        counter = counter + 8'd1;
                        if (counter==8'b2) A=1'b1;
                end        
        end

lanliang714

lijieamd 发表于 2012-6-25 19:25
写成 (counter == 8'd1) 的确能使得在第二个clk上升沿输出A=1，但是如果发生时钟偏斜，是不是可能像我上 ...

多个counter值进行不同的逻辑操作??
不明白是啥意思？说具体点

lijieamd

岭上开花 发表于 2012-6-26 00:09
如果这样写呢？

always@(negedge rst or posedge clk)

谢谢，这样写是没问题，但是如果有多种输出，需要每种输出一个always的话，好像就没办法这样了

lijieamd

lanliang714 发表于 2012-6-26 09:11
多个counter值进行不同的逻辑操作??
不明白是啥意思？说具体点

也就是说有很多输出或者其他逻辑依赖于这个counter，如果每种一个always的话，不知道应该如何描述

at90s

lijieamd 发表于 2012-6-25 19:25
写成 (counter == 8'd1) 的确能使得在第二个clk上升沿输出A=1，但是如果发生时钟偏斜，是不是可能像我上 ...

如果时钟偏斜达到足以引起逻辑错误，布局布线工具会给出报告的。

岭上开花

lijieamd 发表于 2012-6-26 13:27
谢谢，这样写是没问题，但是如果有多种输出，需要每种输出一个always的话，好像就没办法这样了
...

多输出的话这样写：
always@(negedge rst or posedge clk)
        begin
                if(~rst)
                begin
                        counter = 8'd0;
                end
                else
                begin
                        counter = counter + 8'd1;
                end        
        end

always@(counter)
begin
        if (counter==8'd0)
        begin
                A<=1'b0;
                ......
        end
        else if (counter==8'd2)
        begin
                A<=1'b1;
                ......
        end
end

pocker5200

这些问题尽可能交给综合器去解决吧……

aammoo

这个跟时钟的延时没关系，时钟上升沿到来时计数器从一变到二，而这一时刻触发器A的输入仍然为0。跟两个触发器串联起来是一个道理的。

aammoo

想在第二个时钟的上升沿让A稳定的输出1，可以考虑让计数器在下降沿计数，判断的always块在上升沿判断，让他们的时钟错开，复位也要用同步的。

aammoo

7楼的的写法用的阻塞赋值，同一个块中的语句是按顺序执行的，而不是并发的，所以没问题。一般推荐用<=非阻塞赋值的方式。

lijieamd

aammoo 发表于 2012-6-26 20:05
7楼的的写法用的阻塞赋值，同一个块中的语句是按顺序执行的，而不是并发的，所以没问题。一般推荐用 ...

谢谢回复，我也观察过用阻塞赋值生成的RTL图，确实前后调换会改变电路