明德揚李老師 明德揚FPGA科教
很多明德揚的學員提問到鎖存器的相關問題，說明大家對這方面知識還不是很瞭解，今天我們就來探討一下。
上面是兩個沒有else的代碼，其等效於下面的代碼。
也就是說，當if條件裡面沒有寫else時，默認是表示“保持不變”的意思。
接下來，我們來討論一下，硬件中是如何實現“保持不變”的。
左邊是時序時序邏輯的代碼，右邊是該代碼所對應的硬件電路。特別注意圖中紅色的那個線，那個就是保持不變的“反饋”。由圖中可以看出，當時鐘上升沿的時候，當選擇器的結果賦值給信號b；非上升沿的時候，b一直保持不變，因此紅色線在此期間也是保持不變的。當a為0的時候，選擇器選擇當前b的結果，然後在下一個時鐘上升沿賦給信號b。
由引可見，實現“保持不變”的關鍵在於D寄存器。
眾所周知，組合邏輯代碼是沒有D寄存器的，那麼它又是如何實現保持不變呢？這個就會用到鎖存器了。
上圖左邊是組合邏輯代碼，右邊是其電路。為了讓信號b保持不變，就要用到一個叫“鎖存器”的器件。當a為1時，b就會等於1；當a為0時，b會保持不變。
關於鎖存器的危害，可以參考MDY的“FPGA知識大串講”視頻，總之我們知道鎖存器是不好東西的，儘量不要有鎖存器，也就是說組合邏輯裡，要讓“if else”條件補全。
常見問題
問1：是不是所有的代碼，if else都需要補全呢？
答：如前面所討論的，對於時序邏輯可以由D寄存器實現“保持不變”，所以時序邏輯是不需要補全的，只有組合邏輯才需要。
問2：是不是隻要組合邏輯的if else補充了，就不會生成鎖存器了？
答：不一定。這裡的關鍵在於“保持不變”，千萬不要從“代碼層次”來理解，而應該從“功能的層次”來理解，要找準到底有沒有“保持不變”。例如，下面的代碼，雖然else寫上去了，但寫不寫else都是讓b保持不變。所以這仍然會綜合出鎖存器。
問3：是不是組合邏輯不寫else，就一定會生成鎖存器？
答：不一定。這裡仍然要從是否包括“保持不變”這個功能來分析。如下面代碼，假設a是1比特信號，其值只有0和1。那麼已經涵蓋了所有情況，再不會有其他情況，所以不會出現保持不變的情形，這個時候也不會生成鎖存器。
問4：case不寫default，是否會生成鎖存器？
答：case不寫default，相當於if條件不寫else，其情況分析跟前面3個問題一樣，關鍵在於有沒有“保持不變”的功能。
問5：功能上，我一定要實現“組合邏輯的保持不變”功能，該如何做？
答：通常來說，所謂“組合邏輯的保持不變”，是指“該段代碼”是組合邏輯寫的，但需要與前一個時鐘的值保持不變，如下代碼，這種需求是很正常的。
解決方法，仍然是靠D觸發器來實現“保持不變”的功能。只不過是把一個時序邏輯的ALWAYS寫法，換成組合邏輯+時鐘邏輯的寫法而已，代碼如下。
問6：問題5的擴展，我就是要實現組合邏輯的保持，並且小於一個時鐘週期的。
答：不正常需求，FPGA不會這麼設計的。
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