Valores especiales X y Z

Parte de la sección Fundamentos del Journey de Verilog de Coddy. Lección 17 de 90.

X y Z son valores especiales que nos brindan información sobre el estado del hardware durante la simulación.

X (Desconocido), para depuración

X aparece en la simulación para indicar problemas con tu diseño.

Cuando ves X, a menudo significa:

Registro no inicializado: olvidaste establecer un valor antes de usarlo
Controladores múltiples: dos cosas diferentes intentan controlar el mismo cable al mismo tiempo
Violación de temporización: una señal cambió en el momento equivocado, creando un estado inestable

X no existe en el hardware real. Es una herramienta de simulación que te indica que algo está mal en tu diseño para que puedas corregirlo antes de construir el chip real.

Sin X, podrías ver 0 o 1 aleatorios y no darte cuenta de que hay un problema. X hace que los errores sean visibles.

Causas comunes:

reg a;           // Inicialmente X (desconocido)
reg b;
assign b = a;    // b se convierte en X porque a es X

Z (Alta impedancia)

Z representa un estado de alta impedancia o desconectado.

Una señal es Z cuando nada la está controlando
Z significa «este cable está desconectado»
Se utiliza para búferes de tres estados y buses compartidos

Causas comunes:

wire c;          // Inicialmente Z (no conectado)
assign c = 1'bZ; // Explicitly set to Z

Escribir X y Z en Verilog

Puedes asignar valores X y Z igual que 0 y 1:

reg [3:0] data;

data = 4'b10X0;    // Bit 1 is unknown (0-indexed from the right)
data = 4'b01Z1;    // El bit 1 está en alta impedancia
data = 4'bXXXX;    // All bits unknown
data = 4'bZZZZ;    // Todos los bits en alta impedancia

X y Z en las formas de onda

En las formas de onda de simulación:

X aparece como una línea roja o "X"
Z aparece como una línea en el medio o "Z"

Te ayudan a depurar tu diseño mostrando dónde las señales son desconocidas o están desconectadas.

Notas importantes

X se propaga por la lógica (X AND 0 = 0, pero X AND 1 = X)
Z se suele usar para buses de tres estados
En la síntesis, X y Z pueden tratarse de forma diferente

Inicializa siempre las señales reg para evitar X en la simulación

Desafío

Completa el código escribiendo los valores correctos que contengan X y Z.

Qué hacer:

Establece a en un valor de 4 bits donde el bit 1 sea desconocido (los demás, 0)
Establece c con todos los bits desconocidos (4 bits)
Establece d con todos los bits en alta impedancia (4 bits)

Pruébalo tú mismo

module xz_challenge;
  wire [3:0] a, c, d;
  
  assign a = 4'b______;   // Bit 1 is X (others 0)
  assign c = 4'b______;   // Todos los bits X
  assign d = 4'b______;   // All bits Z
  
  initial begin
    $display("a = %b", a);
    $display("c = %b", c);
    $display("d = %b", d);
    $finish;
  end
  
endmodule

Ponte a prueba

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