在使用VCS進行仿真時，工程師們常常會面對一個極為重要且充滿挑戰(zhàn)的問題——X態(tài)傳播行為。X態(tài)信號代表了未知或不確定的邏輯值（或者高阻Z態(tài)），可能會在設計中引入意想不到的問題，因此如何處理X態(tài)成為了芯片設計與仿真中的一個關(guān)鍵議題。

VCS提供了仿真選項-xprop=vmerge/tmerge/xmerge來處理和擴散X態(tài)傳播問題。本文將深入探討仿真中的X態(tài)傳播行為，著重于不同仿真選項對X態(tài)傳播的影響，以及應對X態(tài)隱匿和擴散的一些方法。

對于-xprop，官方給出的解釋是：

Verilog和VHDL常用于數(shù)字設計建模。設計人員使用RTL構(gòu)造描述硬件行為。然而，某些RTL仿真語義不足以準確地為硬件行為建模。因此，相比實際硬件行為，仿真結(jié)果要么太過樂觀，要么太過悲觀。

因為這些語義限制，Verilog和VHDL仿真器會忽略掉控制信號上的X不定態(tài)，在輸出上會分配一個固定的數(shù)值。這樣造成的結(jié)果就是，由于缺少X的傳播，RTL仿真器往往無法檢測到和X態(tài)相關(guān)的設計問題。然而，同樣的設計問題可以在門級仿真中檢測出來，因此許多時候必須運行大量的門級仿真，只是為了調(diào)試X相關(guān)問題。現(xiàn)在VCS在RTL階段提供了的全新X傳播（X-propagation）支持，使用該技術(shù)，工程師可以節(jié)省大量用于調(diào)試RTL和門級仿真的X建模的差異上的時間和精力。

進一步查詢可以明確，不加入-xprop選項時默認的仿真行為是vmerge。從X態(tài)傳播的嚴重程度來看，xmerge>tmerge>vmerge，三個選項可以等價理解為悲觀預期>合理預期>樂觀預期。那么到底是需要X態(tài)傳播嚴重些呢還是樂觀些呢？單純從驗證的角度，通常我們是希望X態(tài)盡可能的傳播以便發(fā)現(xiàn)更多的隱藏問題；但是如果過于悲觀的行為預期又會和實際電路行為有所出入。因此根據(jù)個人的經(jīng)驗，數(shù)據(jù)和運算通路的模塊應該能夠通過xmege測試，而控制通路的模塊至少通過tmerge測試。

好了言歸正傳，我們來探究下不同-xprop選項對仿真結(jié)果的影響，主要對三種常用語句繼續(xù)探究：assign/case/if-else，那么先上個省流版：

好了接下來咱們來展開聊聊，就從assign說起吧。

assign

assign是對xprop選項最不敏感的語法，無論是在哪種xprop配置反應都是一樣的（如有遺漏請不吝賜教）。對于邏輯運算，assign遵循合理X態(tài)規(guī)則： 如果能確定數(shù)值，則傳播確定值，否則傳播X態(tài) 。具體的規(guī)則如下：

x & 1 = x
x | 1 = 1
x & 0 = 0
x | 0 = x
x ^ 0 = x
x ^ 1 = x

參考如下代碼和波形：

//test0
logic t0_sel0, sel1;
initial begin
    t0_sel0 = 1'b0;
    `DELAY(20, clk);
    t0_sel0 = 1'bx;
end


wire t0_xend0 = t0_sel0 & 1'b1;
wire t0_xend1 = t0_sel0 | 1'b1;
wire t0_xend2 = t0_sel0 & 1'b0;
wire t0_xend3 = t0_sel0 | 1'b0;
wire t0_xend4 = t0_sel0 ^ 1'b1;
wire t0_xend5 = t0_sel0 ^ 1'b0;

-xprop=vmerge/tmerge/xmerge波形均一致：

但是呢，有一個assign語法不太合理（僅僅從RTL角度而不是仿真角度），會呈現(xiàn)X態(tài)：

wire t0_xend6 = (t0_sel0 == t0_sel0)

而對于===則會反饋為1，這個也算是很”著名“的==和===的區(qū)別，感興趣的可以自行查閱：

assign對于選擇邏輯，配置為vmerge和tmerge遵循的規(guī)則仍然是 如果能確定數(shù)值，則傳播確定值，否則傳播X態(tài) ，比如下面這個代碼：

wire t2_en2 = t0_sel0 ? t2_data0 : t2_data1;

vmerge和tmerge的波形如下：

而xmerge的波形如下：

不過需要注意的是在xmerge配置下，如果X態(tài)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)內(nèi)那就不無腦X而是合理X了：

wire t2_en3 = t2_data0 ? t0_sel0 : t2_data1;

好的關(guān)于assign的X態(tài)傳播行為就說這么多吧。

case

對于case語句當判斷語句中出現(xiàn)X態(tài)時，會是什么行為呢？來看下面這段代碼：

always @* begin
    case(t0_sel0) 
        0 : t2_en1 = t2_data0;
        1 : t2_en1 = t2_data1;
        default: t2_en1 = t2_data0;
    endcase
end

vmerge仿真結(jié)果：

tmerge仿真結(jié)果：

xmerge仿真結(jié)果：

區(qū)別很明顯了，那我們總結(jié)一下規(guī)律，case(sel)選擇a or b：

通過表來看，個人認為tmerge是最為合理的策略。而對于X態(tài)在數(shù)據(jù)中的情況，無論什么配置case都是如實的將X態(tài)傳播出來，比如這個代碼：

always @* begin
    if(t2_data0)begin
        t2_en4 = t0_sel0;
    end
    else begin
        t2_en4 = t2_data1;
    end
end

哪怕xmerge的仿真結(jié)果也是這樣的：

所以大家也看出來了，X態(tài)傳播中我們真正需要擔心的是條件中的X態(tài)，數(shù)據(jù)里的X態(tài)一般都能如實的反饋出來。

if-else

直接上代碼：

always @* begin
    if(t0_sel0)begin
        t2_en0 = t2_data0;
    end
    else begin
        t2_en0 = t2_data1;
    end
end

vmerge仿真結(jié)果：

tmerge仿真結(jié)果：

xmerge仿真結(jié)果：

雖然vmerge下都沒有傳播X態(tài)，但是顯然行為和case時候又不一樣了。那么總結(jié)一下if(sel) a else b的選擇語句結(jié)果：

可以發(fā)現(xiàn)sel有X態(tài)時if-else語句中vmerge選擇的是else分支，而case是選擇"不變"策略；tmerge和xmerge的結(jié)果則是和case語句相同的。

當然了對于X態(tài)在數(shù)據(jù)內(nèi)，無論什么配置if-else語句也是如實的將X態(tài)反饋出來：

always @* begin
    if(t2_data0)begin
        t2_en5 = t0_sel0;
    end
    else begin
        t2_en5 = t2_data1;
    end
end

好的，做了這么多實驗，最后還是匯總剛剛的那張表，對于條件有X態(tài)的場景，三種語法的規(guī)則如下：

對于數(shù)據(jù)有X態(tài)的場景，三種語法均會如實合理的傳播X態(tài)。本篇內(nèi)容至此，下次來討論下如何快速高效的反饋和定位X態(tài)傳播問題。