공부하면서 Verilog 코드를 보게 되면 수식을 a = b가 아닌 a <= b로 쓰여진 부분이 상당히 많습니다.
이는 할당(Assignment)와 관련해서 Blocking과 Non-Blocking이라는 것이 존재하기 때문인데요.
Blocking하면 농구에서의 블로킹과 같이 무엇을 막는다는 의미가 떠오릅니다.
Blocking Assignment는 여러줄의 할당하는 문장이 있을 때, 한 줄이 실행되고 할당되기 이전에
다음줄이 실행되는 것을 막기 때문에 Blocking이라는 이름이 붙었는데요.
이 의미에 대해서는 포스트를 써가면서 설명을 해보도록 할게요.
- Blocking Assignment
앞서 잠깐 말했듯이 Blocking이라는 것은 여러줄의 할당문이 있을 때, 다른 줄의 할당문으로 넘어가는 것을 막는 것입니다.
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
b = a;
c = b;
d = c;
end만약 위와 같은 Code가 있다고 가정해볼게요.
Testbench를 구성해서 a=1, b=2, c=3, d=4가 들어갔다고도 가정해보죠.
그러면 결과가 어떻게 될까요?
위와 같이 여러줄의 할당문이 존재하고 =을 사용해서 Blocking Assignment를 했다면
첫번째 줄인 b=a;가 처리되기 이전에 c=b;나 d=c;가 실행되지 않습니다.
또 b=a;가 처리되고 c=b;가 처리되기 이전에 d=c;가 실행되지 않고요.
따라서 첫번째 줄 b=a;가 실행되어 b에 a의 값이 들어가 b=1이 되고
그 다음에 c=b;가 실행되어 c에 b의 값이 들어가게 되는데 위의 과정에서 b=1이 되었기 때문에 c=1이 됩니다.
d도 마찬가지로 c의 값이 들어가게 되어 d=1이 되게 되고
최종적으로 a=b=c=d=1의 결과가 나타나게 되겠습니다.
위 모든 과정은 한 clock의 상승 엣지에서 일어나게 되고 이걸 clock과 함께 그림으로 표현해보면 다음과 같아요.
- Non-Blocking Assignment
반대로 Non-Blocking Assignment는 동시 실행이라고 생각하면 편한데요.
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
b <= a;
c <= b;
d <= c;
end앞서 봤던 코드가 동일하게 존재하고 단지 =을 <=으로 바꿔 Non-Blocking Assignment를 해줬다고 해볼게요.
Non-Blocking은 동시 실행이라고 했죠.
따라서 b <= a; c <= b; d <= c;가 병렬적으로 동시에 실행됩니다.
그러면 첫번째 Clock 상승 엣지에서는 어떻게 될까요?
b <= a : b에 a의 값 1이 들어가서 b = 1이 됩니다.
c <= b : c에 b의 값이 들어가는데 b <= a와 동시에 실행되기 때문에 이때 b에는 a의 값 1이 들어온 상태가 아닌 초기값 2가 있죠. 따라서 c = 2가 됩니다.
d <= c : c <= b과정과 마찬가지 이유로 d에는 c의 초기값 3이 들어가서 d = 3이 됩니다.
두번째 Clock 상승 엣지에서는요?
b <= a : 앞서 첫번째 Clock 상승 엣지에서 b는 1이 됐습니다. a = b = 1
c <= b : c에 b의 값이 들어가는데 이때는 b의 값이 1인 상태이기 때문에 c = 1이 됩니다.
d <= c : c <= b와 동타임에 실행이 되기 때문에 실행된 시점에서 c는 b=1값을 받은 상태가 아닌 첫번째 Clock에서 2가 된 상태기 때문에 이때도 d = 2가 됩니다.
세번째 Clock 상승 엣지에서는 이제 예상이 되시죠?
b <= a : 앞서 첫번째 Clock 상승 엣지에서 b는 1이 됐습니다. b = a = 1
c <= b : 앞서 두번째 Clock 상승 엣지에서 c는 1이 됐습니다. c = b = 1
d <= c : 세번째 Clock 상승 엣지 시점에서 c는 1값을 가지고 있기 때문에 d에 c의 값 1이 들어가서 d=1이 됩니다.
Non-Blocking도 그림으로 표현해보면 다음과 같습니다.
Blocking과 Non-Blocking의 차이가 좀 설명이 됐을까요?
Verilog 코드를 보다보면 always @() begin~end 구문 안에서 Non-Blocking Assignment를 쓰는 것이 일반적인데요.
위를 천천히 보시면 느낄 수 있듯이 Non-Blocking 같은 경우에는 모든 할당문이 동시에 실행이 되기 때문에
오히려 한 클럭씩 순차적으로 진행된다는 느낌이 존재하죠.
이러한 이유로 clock과 관련한 sensitive list를 사용하는 always 문에서 Non-Blocking(<=)이 훨씬 많이 사용됩니다.
아무래도 설계자가 always @(posedge clk or negedge rst_n)과 같은 구문을 사용하는 이유는
Clock에 동기화를 시켜서 순차회로를 만들 목적인데 이 목적에 더 잘 부합하는 것이 Non-Blocking Assignment이기 때문이겠네요.
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