Vivado 2020.2下寄存器堆R_data输出XXX无法读取数据故障排查

1. 顶层状态机组合逻辑敏感列表不完整，变量未完全赋值生成锁存 #

你编写的组合逻辑块always @(State, Rst, count)敏感列表遗漏了go、i、a_o三个输入信号，会导致仿真时组合逻辑输出不会随这些信号的变化实时更新。同时done、count、i、temp、a_i这几个变量仅在部分case分支中赋值，未覆盖所有分支，综合时会生成锁存器，仿真初始值为X且无法正确更新，直接导致寄存器堆的读地址i[3:0]为X，读出来的a_o自然就是不确定值。

修复方法： #

• 将组合逻辑敏感列表改为always @(*)自动推导所有敏感信号
• 在组合逻辑块最开始给所有输出变量赋默认值，避免生成锁存：

always @(*) begin
    // 所有变量先给默认值
    R_en = 0;
    W_en = 0;
    StateNext = s1;
    done = 0;
    count = 0;
    i = 0;
    temp = 0;
    a_i = 0;
    case(State)
    // 原有case逻辑保持不变
    endcase
end

2. 遍历索引变量i定义为组合逻辑变量，无法保存迭代值 #

你用来遍历16个寄存器的索引变量i是在组合逻辑块中赋值的，组合逻辑没有存储功能，每次组合逻辑更新后值无法保留到下一个状态周期，导致遍历逻辑完全失效。

修复方法： #

将i改为时序逻辑更新，把i的赋值从组合逻辑块移到时序逻辑块中：

// 移除组合逻辑里的i、count、done赋值，改为时序逻辑更新
always @(posedge Clk) begin
    if (Rst == 1) begin
        State <= s1;
        i <= 0;
        count <= 0;
        done <= 0;
    end else begin
        State <= StateNext;
        // 按状态更新对应变量
        case(StateNext)
            s2: begin
                i <= 0;
                count <=0;
                done <=0;
            end
            s8: i <= i + 1;
            s7: count <= count + 1;
            s5: done <= 1;
        endcase
    end
end

3. 复位释放时机与时钟上升沿对齐，存在仿真调度问题 #

你的测试激励中Rst在200ns时刻拉低，恰好和第一个时钟上升沿的时刻完全重合，仿真时同步复位可能不会被正确采样，导致寄存器堆的初始值没有被正确写入，所有存储单元初始为X。

修复方法： #

调整测试激励的复位释放时间，错开时钟沿：

initial begin
    Rst = 1;
    #300 // 错开200ns的时钟上升沿，保证复位至少被一个时钟沿采到
    Rst = 0;
    go = 1;
end

按照上述三点修改后，寄存器堆的读地址会正常输出0~15的遍历值，读使能有效时就能正确读出存储单元的初始值，不会再出现不确定值。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者broncosaurus