Verilog基础：时序调度中的竞争（三）（#0的使用）

作为一个硬件描述语言，Verilog HDL常常需要使用语句描述并行执行的电路，但其实在仿真器的底层，这些并行执行的语句是有先后顺序的，然而Verilog标准并没有将这些事件调度的顺序定死，而是给予了仿真器厂商一定的自由去实现自己的产品，这就导致了设计者如果不遵循一定的编程习惯，会导致意想不到的仿真结果，下面是一些相关的规则。

3、在设计中不要使用#0延时

尽管使用#0延迟可以消除一些竞争情况，但如果设计者不是对Verilog的时序调度有充分的了解，就不要使用#0延迟，这会使时序调度变得复杂难懂。

#0延迟将一个事件调度到inactive events region，这个region是处于active events region和nonblocking events region之间的，所以使用#0可以避免一个事件与当前的活跃事件竞争，下面举一个Verilog基础：时序调度中的竞争（一）-CSDN博客中竞争的例子加以说明。

复制代码

//例1
`timescale 1ns/1ps
module test();
    initial $display("The initial_0 execute");
    initial #0 $display("The initial_1 execute");
    initial $display("The initial_2 execute");
endmodule

输出:
The initial_2 execute //前两个输出的顺序是不定的
The initial_0 execute 
The initial_1 execute //这个输出一定是最后的

在上例中，三个initial结构同时执行，执行顺序是不定的，但是#0能保证#0 $display("The initial_1 execute");语句被调度至inactive events region，而$ display("The initial_0 execute");和$display("The initial_2 execute");仍然被调度至active events region执行，所以The initial_1 execute一定最后输出，而后面两个输出的顺序仍然是不确定的，因为他们都被调度至active events region执行。但如果出现了两个#0，则这两个被调度至inactive events region的事件的执行顺序仍然是不确定的，如下所示。

复制代码

//例2
`timescale 1ns/1ps
module test();
    initial $display("The initial_0 execute");
    initial #0 $display("The initial_1 execute");
    initial #0 $display("The initial_2 execute");
endmodule

输出:
The initial_0 execute //这个输出一定是最先的
The initial_2 execute //后两个输出的顺序是不定的
The initial_1 execute

在其他竞争的例子中使用#0，也可以达到相同的效果，如下例所示。

复制代码

//例3
`timescale 1ns/1ps
module test();
  	reg a, b, c;
    initial begin
        #5;
        a = 1;
        b = 1;
        c = 1;
    end
    
   always @(a) $display("The initial_0 execute");
   always @(b) #0 $display("The initial_1 execute");
   always @(c) $display("The initial_2 execute");
endmodule

输出：
The initial_2 execute //前两个输出的顺序是不定的
The initial_0 execute 
The initial_1 execute //这个输出一定是最后的

按照Verilog基础：时序调度中的竞争（一）-CSDN博客中所说，被触发的三个always结构的执行顺序是不定的，但由于这里有#0，导致了#0 $display("The initial_1 execute");被调度到inactive events region执行，因此它在其他两个被调度至active events region的语句之后执行。

以及前文说过的结构交错的例子，他也可以用#0消除竞争，如下所示。

复制代码

//例4
`timescale 1ns/1ps
module test();
      reg a;
      wire b;
   initial begin
        #1;
        a = 1;
        #1;
        a = 0;
        #0 $display("b is %b", b);
   end
   assign b = a;
  
endmodule

输出：
b is 0

在使用了#0延迟后，#0 $display("b is %b", b);被调度到inactive events region执行，因此在a=0执行后，首先会去执行位于active events regionassign b = a;，然后再执行#0$ display("b is %b", b);，所以最后显示的结果是确定的0，而不会产生不确定。

下面的例子，显示了#0在并行块中的作用。

复制代码

//例5
`timescale 1ns/1ps
module test();

   initial fork
       $display("The initial_0 execute");
       #0 $display("The initial_1 execute");
       $display("The initial_2 execute"); 
   join
  
endmodule

输出：
The initial_2 execute  //前两个输出得顺序是不定的
The initial_0 execute
The initial_1 execute  //这个输出一定是最后的

并行块本不保证块内语句的执行顺序，但有了#0后，#0 $display("The initial_1 execute");被调度到inactive events region执行，因此它是最后输出的，而两个在active events region执行的语句执行顺序不定。

但需要注意的是，即使#0可以将语句调度至inactive events region执行，但它仍然需要遵循串行块的执行顺序原则，即一条语句一定在前一条语句执行完后再执行，举例如下。

复制代码

//例6
`timescale 1ns/1ps
module test();

   initial begin
       $display("The initial_0 execute");
       #0 $display("The initial_1 execute");
       $display("The initial_2 execute"); 
   end
  
endmodule

输出：
The initial_0 execute  //这三个输出的执行顺序是确定的
The initial_2 execute
The initial_1 execute

即使 $display("The initial_2 execute");被调度到active events region执行，而#0$ display("The initial_1 execute");被调度到inactive events region执行，但由于begin-end块的特性， $display("The initial_2 execute");无法在#0$ display("The initial_1 execute");前执行。而#0的执行，需要等待其他结构的active events region执行完成后才能执行，继而$display("The initial_2 execute");再被放入active events region执行，如下例所示。

复制代码

//例7
`timescale 1ns/1ps
module test();

   initial begin
       $display("The initial_0 execute");
       #0 $display("The initial_1 execute");
       $display("The initial_2 execute"); 
   end
   initial begin
       $display("The initial_3 execute")
       $display("The initial_4 execute")
    end
endmodule

输出：
//前三个输出能保证的是，The initial_4 execute在The initial_3 execute后输出，
//而且他们三个必须在#0 $display("The initial_1 execute");执行前输出
The initial_0 execute  
The initial_3 execute
The initial_4 execute  
//下面的语句一定在第四个输出
The initial_1 execute
//下面的语句一定在上条语句后(第五个输出)
The initial_2 execute

可以看到，对于#0的使用需要对事件调度有较深的理解，而#0是为了消除竞争的，因此这只是治标不治本的方法，因此最好的方法是避免写出有竞争的语句，而不是盲目使用#0，这就是本文的标题所说的。