[Verilog] 병렬 처리 블록 (fork-join)

시뮬레이션에서만 사용하는 문법이다.

• 병렬 처리 블록의 문장들은 동시에 수행된다.
• 각 문장에 할당된 지연 기반 또는 사건 기반 제어에 의해서 문장의 순서가 조절된다.
• 만약 지연 기반 또는 사건 기반 제어가 지정되었다면, 그것은 블록 안으로 들어가는 시간과 관계있다.

블록 안으로 들어온 시간에 수행을 시작한다. 따라서 블록에 쓰여지는 문장의 순서는 중요하지 않다.

순차처리와 병렬처리를 비교해보겠다.

// 예 1: 지연이 있는 순차 처리 블록
reg x, y;
reg [1:0] z, w;

initial
begin
	x = 1'b0; // 시간 0에 수행을 마친다.
    #5  y = 1'b1; // 시간 5에 수행을 마친다.
    #10 z = {x, y}; // 시간 15에 수행을 마친다.
    #20 w = {y, x}; // 시간 35에 수행을 마친다.
end

// 예 2: 지연이 있는 병렬 처리 블록
reg x, y;
reg [1:0] z, w;

initial
fork
	x = 1'b0; // 시간 0에 수행을 마친다.
    #5  y = 1'b1; // 시간 5에 수행을 마친다.
    #10 z = {x, y}; // 시간 10에 수행을 마친다.
    #20 w = {y, x}; // 시간 20에 수행을 마친다.
join

시뮬레이션 시간을 잘 확인해보자.

아래 코드는 경쟁상태 (시뮬레이션 시간이 같아져 변수의 값이 Unknown이 된다.) 를 발생시킨 코드이다. 이는 시뮬레이터의 한계이지 fork-join블록의 한계는 아니다.

// 고의저인 경쟁 상태를 가진 병렬 처리 블록
reg x, y;
reg [1:0] z, w;

initial
fork
	x = 1'b0;
    y = 1'b1;
    z = {x, y};
    W = {y, x};
join

fork : 하나의 흐름을 분리된 흐름들로 나누는 관점
join : 분리된 흐름들을 다시 하나의 흐름으로 모으는 것

명명된 블록과 블록의 무효화

begin : block1
fork : block2
위 처럼 블록에 이름을 붙여 사용할 수 있다. 이름을 붙인 블록은 disable을 이용해 무효화 시킬 수 있다.
disable : 블록의 수행을 종결시키는 방법을 제공한다. 제어 신호에 기초해서 루프를 빠져나가거나, 에러 상황을 조절하고, 코드의 일부분은 수행하기 위해 쓴다. (break와 비슷)

// 보기 : 플래그(벡터 변수)에서 처음으로 1의 값을 갖는 비트를 찾는다.
reg [15:0] flag;
integer i; // 카운트하기 위한 정수

initial
begin
    flag = 16'b 0010_0000_0000_0000;
    i = 0;
    begin : block1 // while 내부의 메인 블록이 block1이라고 명명됨
	while(i < 16) // 연산자를 사용한 여러 개의 조건.
		begin
    			if (flag[i])
        		begin
    				$display("Encountered a TRUE bit at element number %d", i);
       	 			disable block1; // 참값을 갖는 비트를 찾았기 때문에 block1을 무효화
        		end
			i = i + 1;
    		end
    end
end

begin end가 필요하지는 않지만 단지 명명을 위해 넣을 수 있다.
위 코드는 참값을 갖는 비트를 찾을 때 블록을 무효화 하여 루프를 빠져나온다.

[1] SAMIR PALNITKAR, ⌜Verilog HDL 디지털 설계와 합성의 길잡이, 2th Edition⌟ , chapter 7