Conditions, case et latchs involontaires

Écrire des choix complets, rendre les priorités visibles et éviter les mémoires créées par oubli.

Ce que décrit un if

Dans un bloc combinatoire, une chaîne if puis else if décrit une priorité. La première condition vraie choisit le résultat.

module request_priority (
  input  wire [2:0] i_request,
  output reg  [2:0] o_grant,
  output reg        o_valid
);
 
  always @* begin
    o_grant = 3'b000;
    o_valid = 1'b1;
 
    if (i_request[2])
      o_grant = 3'b100;
    else if (i_request[1])
      o_grant = 3'b010;
    else if (i_request[0])
      o_grant = 3'b001;
    else
      o_valid = 1'b0;
  end
 
endmodule

La requête 2 est prioritaire sur les deux autres. Les valeurs par défaut couvrent aussi le cas sans requête.

Utiliser case pour un choix par valeur

case convient lorsque plusieurs valeurs d'une même expression choisissent un résultat.

module mux4_byte (
  input  wire [1:0] i_select,
  input  wire [7:0] i_a,
  input  wire [7:0] i_b,
  input  wire [7:0] i_c,
  input  wire [7:0] i_d,
  output reg  [7:0] o_data
);
 
  always @* begin
    o_data = 8'h00;
 
    case (i_select)
      2'b00:  o_data = i_a;
      2'b01:  o_data = i_b;
      2'b10:  o_data 

Les quatre valeurs binaires sont écrites et une branche default traite les valeurs inconnues vues en simulation. La valeur initiale de o_data rend aussi l'intention combinatoire immédiate.

Comment apparaît un latch

Ce bloc est incomplet :

module incomplete_gate (
  input  wire       i_enable,
  input  wire [7:0] i_data,
  output reg  [7:0] o_data
);
 
  always @* begin
    if (i_enable)
      o_data = i_data;
  end
 
endmodule

Lorsque i_enable vaut 0, aucune nouvelle valeur n'est donnée à o_data. Pour respecter cette description, le circuit doit conserver l'ancienne valeur. Le synthétiseur infère donc un latch.

Si l'objectif était de sortir zéro lorsque le bloc est désactivé, il faut l'écrire :

always @* begin
  o_data = 8'h00;
 
  if (i_enable)
    o_data = i_data;
end

Le latch n'est pas une erreur de langage. Il devient un problème lorsqu'il apparaît par oubli dans une logique que l'on pensait combinatoire.

Valeurs par défaut

Pour un bloc combinatoire de plusieurs lignes :

1. attribuer une valeur par défaut à chaque sortie ;
2. remplacer ces valeurs dans les branches utiles ;
3. vérifier les chemins if, else et case ;
4. regarder les avertissements de latch après synthèse ou lint.

Cette méthode est souvent plus lisible que répéter chaque sortie dans toutes les branches.

case, casez et casex

case compare les bits tels qu'ils sont, y compris x et z en simulation. casez permet d'ignorer certains bits marqués comme haute impédance ou indifférents.

casex traite aussi les x comme indifférents. Cela peut cacher une entrée inconnue et donner une simulation trop optimiste. Pour les décodeurs RTL débutants, rester sur case avec une branche default est plus sûr.

Conditions dans un bloc cadencé

Dans un bloc always @(posedge i_clk), une branche manquante n'infère pas un latch. Elle demande simplement au registre de conserver sa valeur.

always @(posedge i_clk) begin
  if (i_load)
    o_data <= i_data;
end

Il faut donc lire le contexte avant de conclure :

• branche manquante dans always @* : mémoire combinatoire, souvent un latch involontaire ;
• branche manquante dans un bloc cadencé : conservation normale du registre.

À retenir

• Une chaîne if/else if crée une priorité visible.
• case est pratique pour choisir selon la valeur d'un même signal.
• Un bloc combinatoire doit affecter toutes ses sorties sur tous les chemins.
• Une sortie oubliée peut créer un latch.
• casex peut masquer des valeurs inconnues ; utiliser case par défaut.

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