聊聊使用Verdi去分析NBA Delay的问题

在学习和使用 Verilog 的过程中，难免会碰到需要深入理解仿真器调度的问题。今天这篇聊聊使用 Verdi 去分析 NBA Delay 的问题。

NBA 就是 NonBlocking Assignment，非阻塞赋值 的缩写。它通常用来描述一个用时钟沿触发的寄存器。在 Verilog 普及早期，人们通常会在 NBA 的<= 之后加个单位延时#1来解决早期仿真器行为不一致的问题。

所谓习惯成自然，NBA Unit Delay 在某些设计中一直沿用下来，那么如何去理解这个延时的作用呢？SNUG 上的知名作者 Clifford E. Cummings 在 2002 年有篇文章阐述的挺详细，感兴趣的朋友可以搜来研究，不再赘述。

下面给出一些代码片断，同样感兴趣的朋友可以自己完善并用 VCS 仿真生成波形，然后用 Verdi 打开。

首先创建三个时钟，注意两个二分频时钟的创建方式不同。

always #(10/2) clk = ~clk;
  always #(20/2) clk_div2_direct = ~clk_div2_direct;
  
  always @ ( posedge clk or negedge rst_n ) begin
    if ( ~ rst_n ) begin
      clk_div2  <= 1'b0;
    end
    else begin
      clk_div2  <= ~clk_div2;
    end
  end

然后用 clk 触发一个不停翻转的寄存器 d1，再分别用两个二分频时钟去采样，保存在 d5 和 d6 中。

always @ ( posedge clk or negedge rst_n ) begin
    if ( ~ rst_n ) begin
      d1  <= 1'b0;
    end
    else begin
      d1  <= ~d1;
    end
  end
  
  always @ ( posedge clk_div2 or negedge rst_n ) begin
    if ( ~ rst_n ) begin
      d5 <= 1'b0;
    end
    else begin
      d5 <= d1;
    end
  end

  always @ ( posedge clk_div2_direct or negedge rst_n ) begin
    if ( ~ rst_n ) begin
      d6 <= 1'b0;
    end
    else begin
      d6 <= d1;
    end
  end

用 VCS 仿真的时候，加上编译时选项+fsdb+region和运行时选项+fsdb+delta。

然后用 Verdi 打开生成的 fsdb 波形。正常的话，可以看到 d5 和 d6 的波形是完全不同的，一个是常0，一个是常1。

只从上图分析的话，两个二分频时钟的波形是完全一致的，被采样的数据是同一个，那么采到的数据也应该是相同的。但我们知道这两个二分频时钟的生成方式是不同的，那么不同在什么地方呢？

在 Verdi 的 nWave 窗口中选中 View - Expand Delta - Region Mode，把 Cursor 移动到二分频时钟的上升沿，然后点击 Expand/Collapse Time at Cursor，简单点的话直接按 w 键。

然后就可以看到这个仿真时刻的 Simulation Region，里面展示了各个 Event 和 Region 的关系。

这个例子中，只存在绿色的 Active Region 和 红色的 NBA Region。在某些 glitch debug 的例子中，还能看到 Re-Active Region 和 Re-NBA Region。

Region 的展示可以帮助我们很好的理解 Verilog 规范中的定义的信号调度。

此外，Verdi 还可以通过点击 Tools - Event Sequence 来显示图形化的 Event 序列。

Verdi 真得是很好很强大。

不过随着工具的逐渐强大，站在工具背后的人呢？是在逐渐退化还是改变了进化方向？欢迎留言说说你的看法。