FPGA:同步复位，异步复位以及异步复位同步释放

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FPGA:同步复位，异步复位以及异步复位同步释放 [复制链接]

1.同步复位(Synchronous Reset)

来看一个简单的同步复位的D触发器，Verilog代码如下：

module d_ff (
        clk,
        rst_n,
        datain,
        dataout
    );
    input        clk;
    input        rst_n;
    input        datain;
    ouput        dataout;
    reg            dataout;
    always @ (posedge clk)
    begin
        if (!rst_n)
            dataout    <= 1'b0;
        else
            dataout    <= datain;
    end
endmodule

综合后的RTL图表如下：

Altera的MAXII系列的CPLD中，register没有同步复位资源，所以同步复位信号需要通过额外的逻辑电路实现，上面的例子，QuartusII软件自带的综合工具使用选择器实现了同步功能，但是这不是确定的，有的综合工具综合成与门，如下图：

同步复位的优点：

1). 抗干扰性高，可以剔除复位信号中周期短于时钟周期的毛刺；

2). 有利于静态时序分析工具的分析；

3). 有利于基于周期的仿真工具的仿真。

同步复位缺点：

1). 占用更多的逻辑资源；

2). 对复位信号的脉冲宽度有要求，必须大于指定的时钟周期，由于线路上的延迟，可能需要多个时钟周期的复位脉冲宽度，且很难保证复位信号到达各个寄存器的时序；

3). 同步复位依赖于时钟，如果电路中的时钟信号出现问题，无法完成复位。

2. 异步复位(Asynchronous Reset)

来看一个简单的异步复位的D触发器，Verilog代码如下：

module prac (
        clk,
        rst_n,
        datain,
        dataout
    );
    input        clk;
    input        rst_n;
    input        datain;
    output        dataout;
    reg            dataout;
    always @ (posedge clk or negedge rst_n)
    begin
        if (!rst_n)
            dataout    <= 1'b0;
        else
            dataout    <= datain;
    end
endmodule

综合后的RTL图表如下：

异步复位的优点：

1). 无需额外的逻辑资源，实现简单，而且CPLD有针对复位信号的全局不限资源，可以保证复位管脚到各个寄存器的clock skew最小(注意不是到各个寄存器的延迟最小)；

2). 复位信号不依赖于时钟。

同步复位缺点：

1). 复位信号容易受到外界的干扰；

2). 复位信号释放的随机性，可能导致时序违规，使电路处于亚稳态，如下图。

3. 异步复位同步释放(Asynchronous Reset Synchronous Release)

这种复位方式在文献中还有一种称谓：Synchronized Asynchronous Reset，这种称谓应该在国外的技术人员中比较流行，与Altera的工程师交流过程中，他们一直使用Synchronized Asynchronous Reset这种称谓(当然也可能是个人的习惯)。

来看一个Synchronized Asynchronous Reset例子，Verilog代码如下：

module prac (
        clk,
        reset_n,
        dataa,
        datab,
        outa,
        outb
    );
    input        clk;
    input        reset_n;
    input        dataa;
    input        datab;
    output        outa;
    output        outb;
    reg            reg1;
    reg            reg2;
    reg            reg3;
    reg            reg4;
    assign    outa    = reg1;
    assign    outb    = reg2;
    assign    rst_n    = reg4;
    always @ (posedge clk or negedge reset_n)
    begin
        if (!reset_n)
            begin
                reg3    <= 1'b0;
                reg4    <= 1'b0;
            end
        else
            begin
                reg3    <= 1'b1;
                reg4    <= reg3;
            end
    end

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

综合后的RTL图表如下：

此文来源于《Implementation and Timing of Reset Circuits in Altera FPGAs》，例子程序可能代码与源代码略有出入，RTL图是用QuartusII 8.1综合的，与原文也有出入。