Xilinx 復(fù)位準(zhǔn)則：

(資料圖片僅供參考)

（1）盡量少使用復(fù)位，特別是少用全局復(fù)位，能不用復(fù)位就不用，一定要用復(fù)位的使用局部復(fù)位；

（2）如果必須要復(fù)位，在同步和異步復(fù)位上，則盡量使用同步復(fù)位，一定要用異步復(fù)位的地方，采用“異步復(fù)位、同步釋放”；

（3）復(fù)位電平選擇高電平復(fù)位；

（這里說明，由于 Altera和 Xilinx 器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，Altera 的 FPGA推薦低電平復(fù)位）

一、異步復(fù)位同步釋放

針對異步復(fù)位、同步釋放，一直沒搞明白在使用同步化以后的復(fù)位信號時，到底是使用同步復(fù)位還是異步復(fù)位？

比如針對輸入的異步復(fù)位信號rst，使用本地時鐘clk將其同步化以后得到一個新的復(fù)位信號sys_rst， 當(dāng)使用sys_rst時，是將sys_rst作為同步復(fù)位信號還是異步復(fù)位信號？

/*****此程序來自公眾號：硅農(nóng)********/always @(posedge clk orposedge rst)begin  if(rst)begin    rst_r0 <= 1"b1;    rst_r1 <= 1"b1;  end  else begin    rst_r0 <= 1"b0;    rst_r1 <= rst_r0;  endendassign sys_rst = rst_r1;

如下圖所示，選方式1還是方式2？

針對此問題查找了很多資料，網(wǎng)絡(luò)上多是將sys_rst繼續(xù)按照方式1異步復(fù)位使用，如圖所示：

對于輸入的異步復(fù)位Asynchronous Reset，首先 使用了4個觸發(fā)器來做同步（一般用2個即可，4個出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)的概率更?。?/strong>，觸發(fā)器類型為FDP（異步置位），同步化以后的復(fù)位信號去使用時綜合出的觸發(fā)器類型為FDR（同步復(fù)位），即 在Xilinx中是將sys_rst按照方式2同步復(fù)位使用。

使用FDP異步置位的原因是因?yàn)閄ilinx推薦高電平復(fù)位，當(dāng)異步復(fù)位信號到來時，輸出復(fù)位電平“1”，即異步置位FDP，當(dāng)復(fù)位消失后，D觸發(fā)器在每個時鐘邊沿輸出前一級觸發(fā)器的值，一定周期后，最后一級的FDP穩(wěn)定輸出“0”。

使用Xilinx A7系列FPGA實(shí)現(xiàn)異步復(fù)位、同步釋放代碼，確定同步化后的復(fù)位使用情況。

二、Xilinx復(fù)位程序?qū)Ρ?/strong>

1. 將同步化后的復(fù)位當(dāng)作異步復(fù)位信號

/******FPGA探索者******/   always @(posedge clk or posedge rst_async)begin    if(rst_async == 1"b1) begin        rst_sync_reg1 <= 1"b1;        rst_sync_reg2 <= 1"b1;        rst_sync_reg3 <= 1"b1;        rst_sync_reg4 <= 1"b1;    end    else begin        rst_sync_reg1 <= 1"b0;        rst_sync_reg2 <= rst_sync_reg1;        rst_sync_reg3 <= rst_sync_reg2;        rst_sync_reg4 <= rst_sync_reg3;    endend  wire sys_rst;assign sys_rst = rst_sync_reg4;always @(posedge clk)begin    if(sys_rst == 1"b1) begin        data_out_rst_async <= 1"b0;    end    else begin        data_out_rst_async <= a & b & c & d;    endend

綜合并布局布線后的原理圖如圖所示，顯然，綜合后對sys_rst復(fù)位，將其作為異步復(fù)位綜合出 FDCE同步使能異步復(fù)位（這里不考慮使能），和白皮書WP272給出的參考電路顯然不一致。

2. 將同步化后的復(fù)位當(dāng)作同步復(fù)位信號

/******FPGA探索者******/    always @(posedge clk or posedge rst_async)begin    if(rst_async == 1"b1) begin        rst_sync_reg1 <= 1"b1;        rst_sync_reg2 <= 1"b1;        rst_sync_reg3 <= 1"b1;        rst_sync_reg4 <= 1"b1;    end    else begin        rst_sync_reg1 <= 1"b0;        rst_sync_reg2 <= rst_sync_reg1;        rst_sync_reg3 <= rst_sync_reg2;        rst_sync_reg4 <= rst_sync_reg3;    endend  wire sys_rst;assign sys_rst = rst_sync_reg4;always @(posedge clk)begin    if(sys_rst == 1"b1) begin        data_out_rst_async <= 1"b0;    end    else begin        data_out_rst_async <= a & b & c & d;    endend

綜合并布局布線后的原理圖如圖所示，顯然，綜合后對sys_rst復(fù)位，將其作為同步復(fù)位綜合出 FDRE同步使能異步復(fù)位（這里不考慮使能），和白皮書WP272給出的參考電路一致。

異步復(fù)位相比較同步復(fù)位，在Xilinx的FPGA中資源是一致的，異步復(fù)位的優(yōu)勢在于復(fù)位信號一來就能檢測到，不需要保持至少一個時鐘周期才能在時鐘邊沿檢測到， 通過仿真來驗(yàn)證上述電路是否能實(shí)現(xiàn)異步復(fù)位一來就能檢測到。

三、仿真結(jié)果

設(shè)置時鐘50MHz，時鐘周期20ns，給一個持續(xù)時間3ns的異步復(fù)位信號，且持續(xù)時間均不出現(xiàn)在時鐘上升沿檢測期間，可以看到：

（1）rst_async異步復(fù)位一旦給出，用于同步的4個寄存器rst_sync_reg1~4立刻輸出高電平“1”，在下一個時鐘上升沿檢測到同步復(fù)位并將輸出data_out_rst_async復(fù)位；

（2）異步復(fù)位信號釋放后，經(jīng)過同步的sys_rst經(jīng)過一定周期后在時鐘邊沿同步釋放；

按照同樣的復(fù)位，將sys_rst看作異步復(fù)位，仿真結(jié)果如下，相比于上圖，區(qū)別在于異步復(fù)位信號rst_async一旦產(chǎn)生，輸出立刻復(fù)位，且同樣是同步釋放，好像這種處理才更符合異步復(fù)位、同步釋放。。。。。。

那么為什么Xilinx白皮書還是將sys_rst按照同步復(fù)位去做的呢？難道寫錯了？

綜合考慮可能有這樣的因素：

（1）當(dāng)作同步復(fù)位的差別只在于復(fù)位時間會稍晚一些，要在時鐘的下一個邊沿檢測到，但是還是能夠識別到輸入的rst_async異步復(fù)位信號，所以從復(fù)位角度來說，都能夠后實(shí)現(xiàn)復(fù)位效果；

（2）根據(jù)Xilinx復(fù)位準(zhǔn)則，我們知道同步復(fù)位相比異步復(fù)位有很多好處，既然兩者對后級復(fù)位沒有功能上的差別，那么優(yōu)先選擇同步復(fù)位；

經(jīng)過異步復(fù)位同步釋放處理后，相比于純粹的異步復(fù)位，降低了異步復(fù)位信號釋放導(dǎo)致亞穩(wěn)態(tài)的可能性；相比同步復(fù)位，能夠識別到同步復(fù)位中檢測不到的復(fù)位信號（如上圖所示的rst_async在同步復(fù)位是檢測不到的）；綜合兩者的優(yōu)勢，異步復(fù)位同步釋放。

四、Altera復(fù)位

Altera還是把這個同步后的復(fù)位當(dāng)作異步復(fù)位來用的，且推薦低電平復(fù)位。

從上面的分析來看，這里當(dāng)作異步復(fù)位還是同步復(fù)位對于復(fù)位結(jié)果本身沒有太大的影響，區(qū)別在于 Xilinx是推薦同步復(fù)位來節(jié)省資源（比如DSP48E或BRAM，異步復(fù)位比同步復(fù)位耗資源），而Altera的FPGA中帶異步復(fù)位的觸發(fā)器，想要同步復(fù)位需要消耗更多的資源。