Verilog一例（同步與異步時(shí)序） 問題

頂層模塊有一個(gè)50MHz時(shí)鐘輸入（使用testbench實(shí)現(xiàn)），一個(gè)8位信號輸出。

有一個(gè)容量為90的8位RAM子模塊，每個(gè)時(shí)鐘上升沿，RAM根據(jù)8位地址線，輸出對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

頂層模塊在每100個(gè)時(shí)鐘周期里，前10個(gè)時(shí)鐘周期信號無效，輸出為0；后面90個(gè)時(shí)鐘周期，輸出值分別為RAM中地址0~89的數(shù)據(jù)。

代碼實(shí)現(xiàn) RAM子模塊

module ram( ? ?input clk, ? ?input [7:0] addr, ? ?output reg [7:0] data);always @(posedge clk) begin ? ?data <= addr;endendmodule頂層模塊

module sync_async();// 50MHz時(shí)鐘 testbenchreg clk = 0;always #10 clk = ~clk;// 0~99循環(huán)計(jì)數(shù)器reg [7:0] cnt = 0;always @(posedge clk) begin ? ?if(cnt == 99) ? ? ? ?cnt <= 0; ? ?else ? ? ? ?cnt <= cnt + 1;end// 數(shù)據(jù)有效wire valid;assign valid = cnt >= 10;// 地址線wire [7:0] addr;assign addr = cnt - 10;// 調(diào)用子模塊，讀取ram數(shù)據(jù)wire [7:0] ramdata;ram ram1(clk, addr, ramdata);// 輸出wire [7:0] out;assign out = valid ? ramdata : 0;endmodule仿真與分析

一眼看上去，好像程序是沒有問題的。

使用軟件進(jìn)行仿真后的時(shí)序圖如下。

從仿真波形就看出問題來了。當(dāng)cnt=0~9的時(shí)候，輸出都是out=0沒有問題。但是當(dāng)cnt=10的時(shí)候，輸出變成了255。之后所有的數(shù)據(jù)都滯后了一個(gè)時(shí)鐘周期。

原因在于代碼中的同步異步設(shè)計(jì)不協(xié)調(diào)。

代碼中，RAM子模塊是上升沿觸發(fā)并且同步輸出的（這樣也比較符合正常的RAM結(jié)構(gòu)），而不是直接由組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)。如果直接將assign addr = cnt - 10作為RAM的地址線，RAM的輸出相對于addr和cnt的值會滯后一個(gè)周期。也就是說，當(dāng)RAM輸出地址為0的數(shù)據(jù)時(shí)，實(shí)際上addr的值已經(jīng)是1了。

在RAM模塊的always語句中（always @(posedge clk) data <= addr;），使用同步賦值操作data <= addr在時(shí)鐘上升沿時(shí)觸發(fā)，上升沿結(jié)束后data輸出的值，為上升沿前一瞬間addr的值。

而另一方面，valid變量卻使用的是直接異步賦值，相比cnt，不會有滯后。

于是在cnt==10的時(shí)候，valid已經(jīng)變成1，而RAM還沒有輸出地址為0的數(shù)據(jù)，所以發(fā)生了與設(shè)計(jì)不相符的問題。

解決方法

一種比較容易想到的方法是，將valid信號的跳變，也設(shè)計(jì)成和RAM一樣的上升沿同步觸發(fā)。即將

// 數(shù)據(jù)有效wire valid;assign valid = cnt >= 10;

改為

// 數(shù)據(jù)有效reg valid = 0;always @(posedge clk) begin ? ?valid = cnt >= 10;end

修改正確后的仿真波形如下圖，可以看出valid信號和RAM信號相對于cnt，都滯后了一個(gè)周期。從而實(shí)現(xiàn)了問題中給出的要求。