RTL과 일반 프로그래밍 언어의 차이

Written by Keith
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RTL (register transfer level)이란 게 이름 그대로 register transfer가 이루어지는 level을 추상화한 것이기 때문에 대부분의 기술 내용이란 것이 어떤 logic 상태의 변동을 register에 기록했다가 다음에 꺼내서 또 바꾸고 하는 일들의 연속이 된다.

일반 프로그래밍 언어의 경우 그것이 program counter에 따라 순차적으로 동작하는 개념을 가지고 있어서 윗줄에 기술된 내용이 먼저 실행되는 개념이라고 보면, RTL의 경우는 그와 상관이 없이 동시에 일어나는 것이라고 보면 되는데, 여기에 assignment (= 또는 <=)가 연관되면 개념의 혼동이 일어난다.

즉, 프로그래밍 언어에서

a = c;
b = a;

라고 기술했다고 치면, c의 내용이 a로 복사되고 그 다음 a의 내용이 b로 복사되는 것이니까 결과적으로 a, b, c가 모두 c의 내용을 갖게 된다.

RTL에서 다음과 같은 내용이 기술되어있다면,

always @(posedge clk) begin
a <= c;
b <= a;
end

이것은 이번 클럭에 c의 현재 state를 a로 넣어주고, a의 현재 state를 b에 넣는다고 봐야 한다. 즉, c와 a의 현재 내용이 a와 b의 내용으로 치환된다. 이 두가지 내용은 이번 클럭에 동시에 일어나는 것을 염두에 둔다.

그러니까 좌변의 a, b는 작성자의 입장에서 보면 현재가 아닌 미래의 값 (다음 클럭부터 유효하게 되는 값)이 되는 셈이다.

이것을 non blocking assignment라고 한다 (이유는 나중에 따져보자).

그런데, 이것을 아예 assign한다고 치면

assign a = c;
assign b = a;

a, b, c는 wired된 셈이니까 그냥 같은 entity (땜이 되어버린 것이니까 사실상 하나) 라고 보면 된다.

그런데, 이것을 blocking assignment라고 칭한다.

사실 이게 가장 크고 중요한 차이이다. 이것을 전방위적으로 적용하면 된다.

간단히 생각하면 non-blocking은 flipflop으로 신호가 이동하는 것처럼 보여지고 blocking은 wire로 연결되어있는 경우로 생각할 수 있는데, 도무지 뭐가 non-blocking한다 blocking한다 라고 하는지 용어의 개념을 실제와 연결하기가 애매하다.

누군가의 설명을 빌자면,

라고 한다는 것이다.

무슨 말이냐면 wire가 되는 것은 해당 레지스터에 assign 되는 (wiring이 되는) 주체를 제외하고 다른 것을 연결하면 안된다. 그러니까 assign를 할 때 연결해야 하는 register 딱 하나를 빼면 나머지는 assign할 수 없으니까 block assignment가 된다. 대신 “<=”로 assign 되는 것은 동작 클럭 조건이 만족하게 될 때 우측에서 좌측으로 넘어가는 것이기 때문에 레지스터 여러 개의 합이나 차, 곱 등을 연결할 수 있다. 물론 좌변의 레지스터도 assignment에 활용할 수 있다. 그래서 non-blocking하는 것이다. 물론 이것은 현재의 값이 미래의 값에 영향을 준다라는 뜻을 담고 있다. 뭐 이런 이유로 일부러 지금 나온 값을 몇 클럭 뒤에 반영하려고 할 때에도 이런 assignment를 잘 활용한다.

즉,

assign a=b;

라고 보면 이때

assign c=a+b;

할 수 없는 것이다.

대신 아래는 가능하다.

always @(posedge clk) begin
a <= b;
c <= a * b;
end

이걸 discrete-time series에 대한 수식으로 적어보자면 아래와 같이 쓸 수 있다.

a(n) = b(n-1)
c(n) = a(n-1) * b(n-1)

또, delay가 된 값을 이용하려고 할 때에도 이렇게 한다.

a_1 <= a_0;
a_2 <= a_1;
a_3 <= a_2;
a_4 <= a_3;

이렇게 하면 현재의 a_0 값이 4 clock 뒤에 a_4에서 나타나게 된다.