Verilog和SystemVerilog定义了4种描述信号状态

数字前端ic芯片设计 2018-03-29 15203

描述

Verilog和SystemVerilog定义了4种描述信号状态: 1, 0, X, and Z。1和0无疑是真实存在的信号状态. 而Z用来表示高阻态，X用来表示不确定的状态。

X信号可以有意或无意地被创建，最常见的X信号存在于未被初始化的memory register，这里X用来表示这些memory在reset之前的的未知状态。其他一些可以产生X的场景包括了不同的driver驱动同一块逻辑到不同的逻辑值，或者是在low power中的关断信号，又或者是一些超过选择范围的多比特信号。有些设计者会对design中那些dont care的信号设为X，让综合工具在做优化的时候来随机选择0或者1进行优化。也有些设计者为了debug的目的在设计中对那些不会用到的逻辑值设X，这样在做仿真的时候如果使用到这些逻辑，说明威廉希尔官方网站有问题，而仿真工具产生的X可以检查到这些逻辑。有意地设置一些X信号是比较有争议的做法。在做lint检查的时候也会被标识出来。但是有些X状态由于仿真器识别的原因（verilog X optimism）会产生错误的仿真结果。这就属于RTl的bug了。

第一个verilog X optimism的例子来自if...else语句:

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always_ff@(posedge clk)begin
  if(cond)
    c <= a;
  else
    c <= b;
end

Verilog LRM 指出如果if...else的条件是X状态，那么这个条件就会被当作false处理，在这里只有else语句会被执行。

在实际设计中有一种情况可能会产生这种问题：cond信号来自于memory。比如汉明码SECDED（single error correction double error detection)解码器，其检测的序列是储存汉明码的寄存器，这段序列是否错误的cond是由这些寄存器经过一段组合逻辑产生，当cond为TRUE时输出错误信号error=1。在reset之前这些寄存器都是X状态，原本错误信号应该是error=1，但是在仿真中由于verilog X optimism这种特性，寄存器的X经过组合逻辑传播到cond，导致最后将cond=X判断为FALSE，输出错误信号为0，这就与实际威廉希尔官方网站行为相违背了。

Verilog X optimism的另外一个例子是case语句:

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always_ff@(posedge clk)begin
  case(cond)
    1'b0 : c = a;
    1'b1 : c = b;
  endcase
end

在case语句中如果cond为X的话，c将会保留原值。这里原本是描述了一个mux的行为，但由于X optimism的原因，仿真行为与RTL描述不一致。

此外，Verilog X optimism还会影响到0/1->X/Z的处理。下面的这些状态转移都会被视为posedge：

0->1, 0->X, 0->Z, X->1, Z->1

0->X or X->1实际上不一定是posedge，但在仿真中，他们都会被当作posedge处理。

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