1、介绍

  Latch（锁存器）是一种基本的存储元件，用于在数字电路中保存一个二进制位的信息。锁存器是电平敏感的，意味着它的输出状态会根据输入信号和使能信号的状态来变化。

2、Latch 的危害

1、时序问题

• 竞争和冒险：锁存器是电平敏感的，这可能导致竞争和冒险情况，尤其是在输入信号迅速变化时。这可能导致输出不稳定，增加设计的复杂性。

2、不确定性

• 电平保持：在使能信号低电平时，锁存器保持当前状态。如果此时输入信号发生变化，可能导致不确定的输出，影响后续电路的行为。

3、设计不良引发的错误

• 时序违反：如果锁存器的时序特性没有得到良好的管理，可能导致时序违反，从而引发功能错误。

3、Latch 的产生

1、组合逻辑中 if 语句没有 else

  在组合逻辑中使用了 if 语句而没有 else 分支，未满足条件的情况下，输出变量的值将保持不变。这种情况下，输出就会保持之前的状态，从而导致锁存器的行为。

if (condition) begin
    output = value;
end
// 省略 else，output 在 condition 不满足时保持不变

2、组合逻辑中 case 的条件未列举完并且不写 default

  在 case 语句中，如果没有涵盖所有可能的输入条件且缺少 default 分支，当输入匹配不到任何条件时，输出变量可能会处于未知状态（x）或 高阻态（z），具体取决于编译器和仿真工具。

case (input)
    2'b00: output = value1;
    2'b01: output = value2;
    // 未列举 2'b10 和 2'b11
endcase
// 没有 default，output 可能会处于未知状态（x）或 高阻态（z）

3、输出变量赋值时未被更新

  在组合逻辑中，如果某些条件下输出变量被赋值，而在其他条件下没有更新，那么输出的值可能会保持上一次的状态。

assign output = (condition1) ? value1 : (condition2 ? value2 : output);
// output 在不满足任何条件时不更新

4、如何避免

  避免 latch 的产生，在组合逻辑中，可以遵循以下具体建议：

1、完整的 if-else 或 case 语句结构

确保所有可能的条件都被考虑到。在 if 语句中，使用 else 处理未满足条件的情况；在 case 语句中，列举所有可能的输入或至少提供一个 default 分支，以避免在不匹配条件处于未知状态（x）或 高阻态（z）

// 使用 if-else
if (condition1)
      output = value1;
    else if (condition2)
      output = value2;
    else
    output = default_value; // 避免不确定性
end

// 使用 case
case (input)
    2'b00: output = value1;
    2'b01: output = value2;
    default: output = default_value; // 提供默认处理
endcase

2、不要将赋值信号放在赋值源头或条件判断中 在条件判断中避免使用自身作为赋值源，这可能导致无法正确更新输出值。

// 错误示例
assign output = (condition) ? value : output; // 不应引用自身

// 正确示例
assign output = (condition) ? value : other_value; // 使用其他变量

3、使用 always @(*) 语句

建议在组合逻辑中使用 always @(*)，这样可以自动包含所有输入信号，确保逻辑在任何输入变化时都会被更新，避免状态保持。

always @(*) begin
    if (condition1)
        output = value1;
    else if (condition2)
        output = value2;
    else
        output = default_value; // 明确处理
end