Неблокирующие присваивания и одновременное обновление состояния

Правая часть вычисляется по прежнему состоянию

В тактовом последовательностном блоке <= вычисляет правую часть, затем применяет результат на этапе неблокирующих обновлений^{iНеблокирующее присваивание обозначается <= в последовательностном RTL. Оно вычисляет правую часть, затем планирует обновление, позволяя регистрам на одном фронте рассчитываться по предыдущему состоянию.}. При обновлении нескольких регистров^{iРегистр хранит многобитное состояние. Синхронные регистры в этом курсе записывают определённый вход на фронте тактового сигнала. Подробнее} на одном фронте это позволяет избежать каскадного прохождения новых значений из-за порядка строк.

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

При начальных a=b=0 и входах 5, 9, 2 пары (a,b) после фронтов равны (5,0), (9,5), (2,9). Если считать, что вторая строка читает уже новое a, вы фактически удалите одну ступень конвейера^{iКонвейер делит вычисление на разделённые регистрами стадии и перекрывает обработку нескольких входов. Данные, valid и управляющие сигналы необходимо согласовать по стадиям. Подробнее}.

Каждый столбец — запись наблюдения одного положительного фронта^{iПоложительный фронт — момент перехода такта из 0 в 1. Его следует отличать от уровня, означающего весь интервал CLK=1. Подробнее}. Входы показаны непосредственно перед фронтом, состояния со словом «после» в имени — сразу после обновления. Выравнивание столбцов обозначает порядок выборок, а не физическую задержку распространения^{iЗадержка распространения — время от изменения входа до установления правильного выхода. Логическая эквивалентность выражений и их временные характеристики — разные вопросы. Подробнее}.
Начально a=b=0. Пока a сохраняет новое d, b сохраняет прежнее a, поэтому строки сдвинуты на одну ступень.

Чем опасна замена на blocking

При замене на a=d; b=a; в одном блоке вычисление b может использовать a, уже изменённое этим блоком. Планирование с другими последовательностными блоками также может вызвать гонки. Базовое правило: blocking для комбинационных вычислений, nonblocking для хранения состояния. Исключения используйте лишь когда можете объяснить событийную семантику.

Избегайте нескольких присваиваний одному регистру

Если в одной процедуре выполняются несколько nonblocking-присваиваний q, итог может определить последнее выполненное присваивание. Не прячьте приоритет в независимых if: используйте if / else if / else или явную переменную следующего состояния. Не управляйте одним регистром из нескольких блоков.

При ревью полезно записать по одному уравнению следующего состояния на регистр. Два уравнения или отсутствие определения при некотором условии — повод снова проверить приоритет управления в коде.