4.2 initial 结构和 always 结构

引言部分

1.行为级建模的四种结构：

• （1）initial 结构
• （2）always 结构
• （3）task 结构
• （4）function 结构

2.initial 结构和 always 结构特点

• 一个程序模块可以有多个 initial 和 always 过程块。
• 一个 module 里的所有 initial结构 和 always结构，在仿真的一开始同时执行。
• initial 模块只执行一次，always 模块的触发条件只要满足，就运行一次，直到仿真结束。
• initial 结构和 always 结构都不支持嵌套使用，即 initial 结构中不能再出现 initial 结构。

一、 initial 结构

1. 语句格式

initial a=1; //仅包含一条语句

initial  //包含多条语句时
  begin
    语句 1；
    语句 2；
  end

2. initial 结构用途和用法

（1）initial 结构的主要功能就是 进行初始化，进行信号和变量初始化的常用形式。
（2）由其用途可推断其用法，initial 结构仅在仿真开始的时候被激活一次，然后该结构中所有语句执行一次，执行结束后不再执行。

3. 举例说明

（1）对存储器变量赋初值

initial begin
  areg=0; //初始化寄存器areg
  for( index = 0; index < size; index++ )
    memory[index] = 0;   //初始化一个memory
end

注意：在仿真一开始就对各变量进行初始化，这个初始化过程不需要任何仿真时间，即在 0 ns 时间内，便可完成存储器的初始化工作。

（2）用于测试文件，生成激励波形。

//产生激励
initial begin
      a=0; b=0;
  #15 a=0; b=1;
  #15 a=1; b=0;
  #15 a=1; b=1;
  #15 a=0; b=0;
end

//产生时钟信号
initial clk = 1'b1;
always#(`clock_period/2) Clk = ~Clk;

//产生 Cin激励信号 和 Rst_n复位信号
	initial begin
		Rst_n = 0; //首先系统处于复位状态
		Cin = 1'b0;
		#(`clock_period*200); //延时200个系统时钟周期
		Rst_n = 1'b1; //系统开始运行
		#(`clock_period*20);
		
		repeat(30) begin //重复执行30次。1个周期高电平，5个周期低电平。
			Cin = 1'b1;
			#`clock_period;
			Cin = 1'b0;
			#(`clock_period*5);		
		end
		
		#(`clock_period*20);
		$stop;
	
	end

二、 always 结构

1.语句结构

always <时序控制方式> 执行语句

2.特点

可以执行多次，在仿真的过程中是时刻活动的。

3. 三种控制方式

• a. 基于延迟的控制
• b. 基于事件的控制
• c. 基于电平敏感的控制

需要控制方式的原因：

always 结构时刻活动，如果没有控制方式的参与，此结构中的语句可能会一直执行并发生死锁，或者编程数据流级的语句。举个栗子：

always a=~a;  //因为没有控制，a会时刻把自己取反信号赋值给自己，生成死循环。
always sum=a+b； // 不如替换成：assign sum=a+b;

(1) 基于延迟的控制

• always #5 a=~a; //每隔五个时间单位，把a取反信号赋给自己。
  时钟信号的生成：

// 时钟信号的生成
initial clk=1;         //赋初值！！不能忘
always #10 clk=~clk;  //周期为20个时间单位的时钟。

• 也可以添加多条语句，但一般少用。

//这样的信号也是一个时钟，但占空比不是50%，而是25%。
initial clk=0;
always 
begin
  #15 clk=1;
  #5 clk=0;
end  

• 注意：语句前的延迟，是指延迟一定时间之后执行该语句，而不是该语句执行了多长时间。

（2）基于事件的控制

always @ (敏感事件表)

• always 结构时刻观察敏感事件列表中的信号，等待敏感事件的出现，所有事件当中只要满足一个，就会执行本结构中的语句。

• always@(a or b or c) // 只有a，b, c中有一个发生变化，就会执行always结构中的语句。
  或always@（a,b,c）
  或always@（*） // * 代表always结构中所有的输入信号

（3）基于电平敏感的控制

- 电平敏感：组合电路

- 边沿敏感：时序电路

eg.电平触发的 D 触发器

always@(clk or rst or d) begin
  if(rst) q <= 0;     // rst 为高电平时清零
  else if(clk)        // 否则当clk为高电平时，q输出d的值
    q <= d;
end

eg. 上升沿触发的同步清零 D 触发器

always@（posedge clk）begin //仅在 clk 上升沿来临时，才会执行always
  if(!rst) q <= 0;
  else q <= d;
end

eg. 上升沿触发的异步清零 D 触发器

always@(posedge clk or negedge rst) begin  //敏感列表包含了rst，rst每次从 1 变为 0 ，always 都会被执行，所以是异步清零。
  if(!rst) q <= 0;
  else q <= d;
end

注意：
1. 边沿触发的敏感列表不能使用 “*” 来省略，可以用“，”或者 or 。posedge 上升沿，negedge 下降沿。
2. 电平敏感和边沿敏感不要同时出现在敏感列表中。