設(shè)計(jì)中的同步復(fù)位問題 - 必備：復(fù)位設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)性缺陷及解決方案

　　設(shè)計(jì)中的同步復(fù)位問題

　　1. 問題（I）

　　在許多地方，設(shè)計(jì)人員在時(shí)鐘方面喜歡同步復(fù)位設(shè)計(jì)。原因可能是為了節(jié)省一些芯片面積（帶有異步復(fù)位輸入的觸發(fā)器比任何不可復(fù)位觸發(fā)器都大）或讓系統(tǒng)與時(shí)鐘完全同步，也可能有一些其他原因。對(duì)于此類設(shè)計(jì)，當(dāng)復(fù)位源被斷言時(shí)需要向設(shè)計(jì)的觸發(fā)器提供時(shí)鐘，否則，這些觸發(fā)器可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)都不進(jìn)行初始化。但當(dāng)該模塊被插入一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可能選擇在復(fù)位階段禁用其時(shí)鐘（如果在一開始不需要激活該模塊），以節(jié)省整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功耗。因此，該模塊甚至在復(fù)位去斷言后一段時(shí)間內(nèi)都不進(jìn)行初始化。如果該模塊的任何輸出直接在系統(tǒng)中使用，那么將捕獲未初始化和未知的值（X），這可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功能故障。

　　圖9：同步復(fù)位問題時(shí)序圖

　　2. 解決方案

　　在復(fù)位階段啟用該模塊的時(shí)鐘且持續(xù)最短的時(shí)間，使該模塊內(nèi)的所有觸發(fā)器都在復(fù)位過程中被初始化。 當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位被去斷言時(shí)，模塊輸出不會(huì)有任何未初始化的值。

　　圖10：同步復(fù)位問題已解決

　　3. 問題（II）

　　在時(shí)鐘域交叉路徑使用兩個(gè)觸發(fā)同步器是常見做法。然而，有時(shí)設(shè)計(jì)人員對(duì)這些觸發(fā)器使用同步復(fù)位。相同的RTL代碼是

　　always @（posedge clk ）

　　if（！sync_rst_b） begin

　　sync1 <= 1‘b0; sync2 <= 1’b0 ;

　　end

　　else begin

　　sync1 <= async_in; sync2 <= sync1

　　end

　　在硬件中進(jìn)行了RTL合成后，上面的代碼會(huì)在雙觸發(fā)器同步器的同步鏈中引入組合邏輯，這會(huì)帶來風(fēng)險(xiǎn)，并縮短sync2觸發(fā)器輸入進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)的時(shí)間。

　　圖11：同步復(fù)位問題2

　　4. 解決方案

　　可用以下方式編寫RTL代碼，以避免同步鏈的組合邏輯。

　　always @（posedge clk ）

　　if（！sync_rst_b） begin

　　sync1 <= 1‘b0;

　　end

　　else begin

　　sync1 <= async_in; sync2 <= sync1

　　end

　　在上面的代碼中，對(duì)sync2觸發(fā)器不使用復(fù)位，因此在同步鏈中不會(huì)實(shí)現(xiàn)組合信元。然而，需要注意sync2需要一個(gè)額外的周期才能復(fù)位，這不應(yīng)導(dǎo)致設(shè)計(jì)出現(xiàn)任何問題。