(原创)同步复位与异步复位
一、同步复位与异步复位
1、同步复位与异步复位含义：
同步复位：顾名思义，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
2、同步复位与异步复位优缺点：
1、总的来说，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100%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fmax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。
他的缺点也有不少，主要有以下几条：
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、对于异步复位来说，他的优点也有三条，都是相对应的
a、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。
b、设计相对简单，受时序影响较小。
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。
3、总结：
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。
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二、异步复位，同步释放：推荐的复位方式
异步复位，同步释放：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）。其实做起来也并不难，我推荐一种我经常使用的方式吧：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Verilog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} <= 2'b0;
else
{rst_n,rff1} <= {rff1,1'b1};
end
endmodule
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D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。如下：
module Reset_Synchronizer(output reg rst_n, input clk, asyncrst_n);
reg rst_n_p;
always @ (posedge clk,negedge asyncrst_n) begin
if (!asyncrst_n)
rst_n_p<=1'b0;
else
rst_n_p<=rst_n_p;
end
always @ (posedge clk) begin
if (!asyncrst_n)
rst_n_p<=1'b0;
else
rst_n <= rst_n_p;
end
endendmodule
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三、多时钟系统中复位的处理方法
这是一个很实际的问题，因为在较大型的系统中，一个时钟驱动信号显然不能满足要求，一定会根据系统的要求用多个同源时钟（当然也可以是非同源了）去驱动系统的不同
部分。那么在这样的多时钟系统中，复位键怎么设置？它的稳定与否直接关系到了整个系统的稳定性，因此要格外注意（在我看来，复位信号在同步时序系统中的地位和时钟
信号一样重要）。下面就说一下具体的处理方法，当然所遵循的原则就仍应该是上文的“异步复位，同步释放”：
1.non-coordinated reset removal：
顾名思义，就是同一个系统中的多个同源时钟域的复位信号，由彼此独立的“reset synchronizer”驱动。当异步复位信号有效时，各时钟域同时复位，但是复位释放的时间
由各自的驱动时钟决定，也是就说：时钟快的先释放，时钟慢的后释放，但是各复位信号之间没有先后关系。
2.sequence coordinated reset removal:
这是相对于上述方式来说的，也就是说各时钟域的复位信号彼此相关，各个部分系统虽然也同时复位，但是却分级释放。而分级的顺序可由各个“reset synchronizer”的级
联方式决定。可以先复位前级，再复位后级，也可以反过来。反正方式很灵活，需要根据实际需要而定。
例：三级复位系统,系统中的时钟分别为1M,2M,11M:第一级Reset_Sychronizer程序:
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} <= 2'b0;
else
{rst_n,rff1} <= {rff1,1'b1};
end
endmodule
第2，3级的Reset_Sychronizer程序：
module Reset_Synchronizer2(output reg rst_n,input clk, asyncrst_n,d);
reg rff1;
always @ (posedge clk , negedge asyncrst_n) begin
if (!asyncrst_n)
{rst_n,rff1} <= 2'b0;
else
{rst_n,rff1} <= {rff1,d};
end
endmodule
顶层模块的源程序：include "Reset_Synchronizer.v"
include "Reset_Synchronizer2.v"
module AsynRstTree_Trans( input Clk1M,Clk2M,Clk11M,SysRst_n,output SysRst1M_n,SysRst2M_n,SysRst11M_n);
Reset_Synchronizer Rst1M(.clk(Clk1M),.asyncrst_n(SysRst_n),.rst_n(SysRst1M_n));
Reset_Synchronizer2 Rst2M(.clk(Clk2M),.d(SysRst1M_n),. asyncrst_n(SysRst_n),.rst_n(SysRst2M_n));
Reset_Synchronizer2 Rst11M(.clk(Clk11M),.d(SysRst2M_n),. asyncrst_n(SysRst_n),.rst_n(SysRst11M_n));
endmodule
作者：tdyizhen1314
(现从事LED行业，专注于户外大型LED显示屏控制系统的研发，希望与大家一起交流，共同进步)
邮箱: 495567585@qq.com
posted on 2012-08-08 19:30 tdyizhen1314 阅读(1173) 评论(0) 编辑 收藏 举报
