Nonblocking 대입과 동시 상태 갱신

오른쪽 식은 이전 상태로 평가합니다

클록 기반 순차 블록에서 <=는 오른쪽 식을 평가한 뒤 nonblocking^{inonblocking 순차 RTL에서 <=로 표현하는 대입입니다. 우변을 평가한 뒤 갱신을 예약하므로 같은 에지의 레지스터들이 이전 상태를 기준으로 계산할 수 있습니다.} 갱신 단계에 결과를 반영합니다. 같은 에지에 여러 레지스터^{i레지스터 여러 비트의 상태를 저장하는 회로입니다. 이 과정의 동기식 레지스터는 클록 에지에서 정해진 입력을 저장합니다. 자세히 보기}를 갱신할 때 코드의 줄 순서에 따라 새 값이 다음 레지스터로 연달아 전달되지 않도록 작성할 수 있습니다.

always_ff @(posedge clk) begin
  if (rst) begin
    a <= 8'd0;
    b <= 8'd0;
  end else begin
    a <= d;
    b <= a;
  end
end

초기 a=b=0이고 입력이 5, 9, 2라면 에지 이후 (a,b)는 (5,0), (9,5), (2,9)입니다. 두 번째 줄이 갱신된 a를 읽는다고 해석하면 파이프라인^{i파이프라인 계산을 레지스터로 구분한 단계로 나누어 여러 입력을 겹쳐 처리하는 구조입니다. 데이터와 valid, 제어 신호의 단계 정렬이 필요합니다. 자세히 보기}의 한 단계를 건너뛰어 계산한 셈입니다.

각 열에는 한 상승 에지^{i상승 에지 클록이 0에서 1로 바뀌는 순간입니다. CLK=1인 구간 전체를 뜻하는 레벨과 구별합니다. 자세히 보기}에서 관찰한 값을 기록했습니다. 입력은 에지 직전의 값이고, 이름에 after가 붙은 상태는 갱신 직후의 값입니다. 열은 값을 관찰한 순서대로 배치한 것이며, 실제 전파 지연^{i전파 지연 입력이 바뀐 뒤 출력이 올바른 값으로 안정되기까지 걸리는 시간입니다. 논리식의 등가성과 시간 특성은 별개입니다. 자세히 보기}을 나타내지는 않습니다. a=b=0에서 시작합니다. a가 새 d를 저장하는 동안 b는 이전 a를 저장하므로 두 행에 나타난 값은 한 에지씩 차이가 납니다.

blocking으로 바꾸면 왜 위험한가

같은 블록에서 a=d; b=a;로 바꾸면 b의 계산은 그 블록에서 이미 바뀐 a를 사용할 수 있습니다. 다른 순차 블록과의 실행 순서에 따라 race가 생길 수도 있습니다. 조합 계산에는 blocking, 상태 저장에는 nonblocking을 기본 원칙으로 삼고, 다른 방식을 쓸 때는 이벤트 처리 순서에 어떤 영향을 주는지 설명할 수 있어야 합니다.

같은 레지스터에 여러 번 대입하지 않기

한 절차 안에서 같은 q에 여러 nonblocking 대입을 실행시키면 마지막으로 실행된 대입이 결과를 정할 수 있습니다. 여러 개의 독립적인 if문으로 우선순위를 알아보기 어렵게 만들기보다 if / else if / else 또는 명시적인 next-state 변수로 기능을 표현하세요. 여러 블록에서 같은 레지스터를 구동하는 것은 피해야 합니다.

RTL 검토에서는 각 레지스터마다 다음 상태 식을 하나씩 적어 보면 효과적입니다. 식이 두 개 나오거나 특정 조건에서 다음 상태가 정해지지 않으면 코드의 제어 우선순위를 다시 살펴봐야 합니다.