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FPGA学习（一）同步复位和异步复位的区别

嘚瑟的土拨鼠 2024-04-09 原文

一、同步复位

定义：从名字来看，同步也就是和时钟同步的关系，一起发生变化。所以同步复位就是只有时钟上升沿到来时，才能产生有效变化；否则，无法产生对系统的复位操作。举个例子如下：

//一个高电平有效的同步复位的D触发器 
module top_module (
    input clk,
    input reset,            // Synchronous reset
    input [7:0] d,
    output [7:0] q
);
    always@(posedge clk)begin
        if(reset)
            q <= 8'd0;
        else
            q <= d;
    end
endmodule

对应的仿真代码如下

`timescale 1ns / 1ps
module fang( );
reg clk,reset;
reg [7:0]d;
wire [7:0]q;
initial begin
clk = 0;
reset = 1;
#60 
reset = 0;
#20 reset = 1;
end
initial begin 
d = 1;
#20 d=2;
end
always #10 clk = ~clk;
top_module u1(
.clk(clk),
.reset(reset),
.d(d),
.q(q)
);
endmodule

最重要的时序图如下：

       从图中可以看到，0ns我们设置的是已经复位，但输出并没有为0，知道等到10ns的第一个时钟沿到来，才输出为0，由此可以得知，只有时钟沿到来时，复位才有效果；后面的60到80ns已经不复位，但只有等到70ns的时钟沿到来时，才输出d的值同理。

  • 优点：

  • 一般能够确保电路是百分之百同步的；
  • 确保复位只发生在有效时钟沿，可以作为过滤掉毛刺的手段；

  • 缺点：

  • 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。同时还要考虑如：时钟偏移、组合逻辑路径延时、复位延时等因素；
  • 由于大多数的厂商目标库内的触发器都只有异步复位端口，采用同步复位的话，就会耗费较多的逻辑资源；

二、异步复位

定义：即无论时钟边沿到来与否，只要复位信号有效输出就会被复位。（与时钟没有关系）

module top_module (
    input clk,
    input rst_n,            // Synchronous reset
    input  [7:0] d,
    output reg [7:0] q
);
    always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
        if(!rst_n)
            q <= 8'd0;
        else
            q <= d;
    end
endmodule

对应的仿真代码如下：

`timescale 1ns / 1ps
module fang( );
reg clk,rst_n;
reg [7:0]d;
wire [7:0]q;
initial begin
clk = 0;
rst_n = 0;
#60 
rst_n = 1;
#20 rst_n = 0;
end
initial begin 
d = 1;
#20 d=2;
end
always #10 clk = ~clk;
top_module u1(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.d(d),
.q(q)
);
endmodule

时序图如下

       从图中可以看到，只要复位为0，q的值就为0，与时钟没有关系；而当不为0时，则是在不复位的下一个时钟沿进行赋值。 

  • 优点：

  • 大多数目标器件库的dff都有异步复位端口，因此采用异步复位可以节省资源。

  • 设计相对简单。

  • 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：

  • 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。（可以百度百科，里面介绍很详细，主要就是说变化时间反应不过来，经典解决方法就是双触发）

  • 复位信号容易受到毛刺的影响

总结：所以，综述，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。所谓异步复位，同步释放就是在复位信号到来的时候不受时钟信号的同步，而是在复位信号释放的时候受到时钟信号的同步。

三、异步复位，同步释放

module top_module (
input rst_n,
input clk，
output rst_syn_n;//系统的复位信号
);
reg reg1,reg2;

always@(posedge clk or negedge rst_n )begin
    if(!rst_n)begin
        reg1<=1'b0;
        reg2<=1'b0;
   end
  else begin
        reg1<=1'b1;
        reg2<=reg1;
    end
end
  assign rst_syn_n = reg2;
endmodule

       复位是异步的，但是释放确实同步的；用两级寄存器，是消除复位释放中可能存在的亚稳态。

异步复位，同步释放的好处是：
1.不要求复位信号必须大于一个时钟周期；
2.因为释放过程和时钟同步，所以避免了亚稳态。
兼具同步复位和异步复位的优点。

     不使用reg1的原因是消除毛刺的影响，如果受到毛刺的影响，reg1会产生一个很短的复位信号，这样可能会导致复位不完全，系统出现混乱。

完结！ 

FPGA复位xffxff0cxff0fpga开发单片机

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