Verilog中非阻塞赋值为何导致进程重入？阻/非阻赋值执行差异问询

两段Verilog代码在实现振荡时钟时存在明显执行差异：

always @(clk) begin #10 clk <= ~clk;end       // 正常工作：进程重复进入，形成振荡器

always @(clk) begin #10 clk = ~clk;end        // 仅执行一次，无法形成振荡

下面针对你的疑问逐一解答：

1. 时间步内的事件评估是逐句执行的吗？ #

不是逐句执行，Verilog的时间步是分阶段处理事件队列的，核心队列包括：

• 活跃事件队列：处理当前时间步触发的事件（比如always块敏感事件触发），队列内的语句按顺序执行，但阻塞赋值会立即更新变量。
• 非阻塞赋值更新队列（NBA）：存储非阻塞赋值的更新操作，必须等活跃队列处理完毕后才执行变量更新。
• 未来事件队列：存储带延迟的时序控制事件（比如#10），到指定时间才会被移到活跃队列执行。

整个时间步的处理流程是：先清空活跃队列，再执行NBA队列的更新，最后处理监控类操作，之后进入下一个时间步。

2. 你的理解存在什么错误？ #

你之前认为两种赋值都能生成振荡，错误点在于忽略了赋值更新时机的核心差异：

• 阻塞赋值在活跃队列阶段立即更新变量，同一时间步内的敏感事件检测已经完成，变量的变化无法触发同一个always块再次执行。
• 非阻塞赋值的更新延迟到NBA阶段，这个阶段完成后会重新检测敏感事件，变量变化能触发always块进入下一轮执行，形成循环。

3. 为何非阻塞赋值的更新事件能在同一时间步触发敏感事件？ #

非阻塞赋值的更新发生在活跃队列处理完成后的NBA阶段。当NBA队列执行完clk的更新后，Verilog会重新检查所有敏感列表，always @(clk)会因为clk的跳变被触发，这个新的触发事件会被加入当前时间步的活跃队列，于是always块会立即再次执行，不需要等到下一个时间步，从而形成连续振荡。

4. 评估与更新事件如何进入层级事件队列？ #

• 评估事件的入队逻辑：
  • 当clk发生跳变触发敏感列表时，always块的进程会被加入活跃事件队列等待执行。
  • 执行到#10这类延迟控制语句时，进程的剩余部分（赋值操作）会被加入未来事件队列，等到10个时间单位后，再被移到活跃队列执行。
• 更新事件的入队逻辑：
  执行非阻塞赋值语句clk <= ~clk时，不会立即更新clk，而是把“将clk更新为~clk”的操作加入NBA队列。只有当活跃队列中的所有事件都处理完毕后，才会依次执行NBA队列中的所有更新操作，完成变量的赋值。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者chen zhang