FPGA开发技巧之同步复位与异步复位的理解

前两天和师兄讨论了一下design rule其中提到了同步异步复位的比较这个常见问题，据说也是IC公司经常问到的一面试题。后来在网上看了些相关资料，终于在这一点有了比较清晰的感念，眼看就要实习了，唯恐同学们面试时阴沟里翻船，特此将这个问题总结如下（如果你对：你在设计中如何复位？为什么这样复位？这两个问题概念清晰，本贴可以略过）一、概念：同步复位：就是指复位信号只有在时钟上升沿到来时，才能有效，否则无法完成对系统的复位工作。用verilog描述如下：always @ (posedge clk)begin if (!Rst_n) ... end异步复位：它是指无论时钟沿是否到来，只要复位信号有效，就对系统进行复位。用Verilog描述如下：always @ (posedge clk or negedge Rst_n)begin if (!Rst_n) ...end二、各自的优缺点：1. 同步复位的优点大概有3条：a. 有利于仿真器的仿真。b. 可以使所设计的系统成为的同步时序电路，这便大大有利于时序分析，而且综合出来的一般较高。c. 因为他只有在时钟有效电平到来时才有效，所以可以滤除高于时钟频率的毛刺。缺点：a. 复位信号的有效时长必须大于时钟周期，才能真正被系统识别并完成复位任务。同时还要考虑，诸如：clk skew组合逻辑路径延时，复位延时等因素。b. 由于大多数的逻辑器件的目标库内的DFF都只有异步复位端口，所以，倘若采用同步复位的话，综合器就会在寄存器的数据输入端口插入组合逻辑，这样就会耗费较多的逻辑资源。2. 异步复位优点也有三条，都是相对应的a. 大多数目标器件库的都有异步复位端口，因此采用异步复位可以节省资源。b. 设计相对简单。c. 异步复位信号识别方便，而且可以很方便的使用FPGA的全局复位端口GSR。缺点：a. 在复位信号释放(release)的时候容易出现问题。具体就是说：倘若复位释放时恰恰在时钟有效沿附近，就很容易使寄存器输出出现亚稳态，从而导致亚稳态。b. 复位信号容易受到毛刺的影响。三、总结及推荐复位方式： 所以说，一般都推荐使用异步复位，同步释放的方式，而且复位信号低电平有效。这样就可以两全其美了。也就是上文中所说的：“异步复位，同步释放”。这就结合了双方面的优点，很好的克服了异步复位的缺点（因为异步复位的问题主要出现在复位信号释放的时候，具体原因可见上文）。 具体实现并不难，这里列出一种方式：那就是在异步复位键后加上一个所谓的“reset synchronizer”,这样就可以使异步复位信号同步化，然后，再用经过处理的复位信号去作用系统，就可以保证比较稳定了。reset sychronizer的代码如下：module Reset_Synchronizer( output reg rst_n, input clk, asyncrst_n); reg rff1;always @ (posedge clk , negedge asyncrst_n) begin if (!asyncrst_n) {rst_n,rff1} = 2b0; else {rst_n,rff1} = {rff1,1b1}; endendmodule大家可以看到，这就是一个dff，异步复位信号直接接在它的异步复位端口上（低电平有效），然后数据输入端rff1一直为高电平1。倘若异步复位信号有效的话，触发器就会复位，输出为低，从而复位后继系统。但是，又由于这属于时钟沿触发，当复位信号释放时，触发器的输出要延迟一个时钟周期才能恢复成1’，因此使得复位信号的释放与时钟沿同步化。此外，还有一种方法更为直接，就是直接在异步复位信号后加一个触发器，然后用D触发器的输出作为后级系统的复位信号，也能达到相同的效果。