1、什么是同步邏輯和異步邏輯？

同步時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)：電路中所有的觸發(fā)器都是與同一個(gè)時(shí)鐘或者該時(shí)鐘的衍生時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，而且當(dāng)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，電路的狀態(tài)才能改變。改變后的狀態(tài)將一直保持到下 一個(gè)時(shí)鐘脈沖的到來(lái)，此時(shí)無(wú)論外部輸入有無(wú)變化，寄存器狀態(tài)都是穩(wěn)定的。

異步時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)：電路中除了觸發(fā)器外，還可以有其延遲元器件，電路中沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘，電路狀態(tài)的改變由外部輸入的變化直接引起。

同步邏輯是時(shí)鐘之間有固定的因果關(guān)系。異步邏輯是各時(shí)鐘之間沒(méi)有固定的因果關(guān)系。

2、同步電路和異步電路的區(qū)別：

同步電路：存儲(chǔ)電路中所有觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端都接同一個(gè)時(shí)鐘脈沖源，因而所有觸發(fā)器的狀態(tài)的變化都與所加的時(shí)鐘脈沖信號(hào)同步。

異步電路：電路沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘，有些觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端與時(shí)鐘脈沖源相連，這些觸發(fā)器的狀態(tài)變化與時(shí)鐘脈沖同步，而其他的觸發(fā)器的狀態(tài)變化不與時(shí)鐘脈沖同步。

3、時(shí)序設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)：

電路設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在時(shí)序設(shè)計(jì)，時(shí)序設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)就是滿足每個(gè)信號(hào)的建立/保持時(shí)間的要求。

4、建立時(shí)間與保持時(shí)間的概念？

建立時(shí)間：觸發(fā)器在時(shí)鐘上升沿到來(lái)之前，其數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定的時(shí)間。
保持時(shí)間：觸發(fā)器在時(shí)鐘上升沿到來(lái)之后，其數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定的時(shí)間。

5、為什么觸發(fā)器要滿足建立時(shí)間和保持時(shí)間？

因?yàn)橛|發(fā)器內(nèi)部數(shù)據(jù)的形成是需要一定的時(shí)間的，如果不滿足建立和保持時(shí)間，觸發(fā)器將進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)，進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)后觸發(fā)器的輸出將不穩(wěn)定，在 0 和 1 之間變化，這時(shí)需要經(jīng)過(guò)一個(gè)恢復(fù)時(shí)間，其輸出才能穩(wěn)定。簡(jiǎn)單的方式理解，就是時(shí)鐘采集數(shù)據(jù)時(shí)候需要在數(shù)據(jù)最穩(wěn)定的情況下進(jìn)行采集。

6、什么是亞穩(wěn)態(tài)？為什么兩級(jí)觸發(fā)器可以防止亞穩(wěn)態(tài)傳播？

亞穩(wěn)態(tài)是指觸發(fā)器無(wú)法在某個(gè)規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。兩級(jí)觸發(fā)器可防止亞穩(wěn)態(tài)傳播的原理：假設(shè)第一級(jí)觸發(fā)器的輸入不滿足其建立保持時(shí)間，它在第一個(gè)脈沖沿到來(lái)后輸出的數(shù)據(jù)就為亞穩(wěn)態(tài)，那么在下一個(gè)脈沖沿到來(lái)之前，其輸出的亞穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)在一段恢復(fù)時(shí)間后必須穩(wěn)定下來(lái)，而且穩(wěn)定的數(shù)據(jù)必須滿足第二級(jí)觸發(fā)器的建立時(shí)間，如果都滿足了，在下一個(gè)脈沖沿到來(lái)時(shí)，第二級(jí)觸發(fā)器將不會(huì)出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)，因?yàn)槠漭斎攵说臄?shù)據(jù)滿足其建立保持時(shí)間。兩級(jí)同步有效的條件：第一級(jí)觸發(fā)器進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)后的恢復(fù)時(shí)間 + 第二級(jí)觸發(fā)器的建立時(shí)間 <= 時(shí)鐘周期。更確切地說(shuō)，輸入脈沖寬度必須大于同步時(shí)鐘周期與第一級(jí)觸發(fā)器所需的保持時(shí)間之和。最保險(xiǎn)的脈沖寬度是兩倍同步時(shí)鐘周期。 所以，這樣的同步電路對(duì)于從較慢的時(shí)鐘域來(lái)的異步信號(hào)進(jìn)入較快的時(shí)鐘域比較有效。

7、系統(tǒng)最高速度計(jì)算（最快時(shí)鐘頻率）：

熟悉了建立時(shí)間、保持時(shí)間以及傳播延遲的基本概念，下面通過(guò)這三個(gè)基本參數(shù)來(lái)推導(dǎo)時(shí)鐘的最高頻率，對(duì)于同步時(shí)序邏輯電路，對(duì)時(shí)鐘激勵(lì)做出響應(yīng)的開(kāi)關(guān)事件是同時(shí)發(fā)生的，但是運(yùn)行結(jié)果必須等到下一個(gè)時(shí)鐘翻轉(zhuǎn)時(shí)才能進(jìn)入到下一級(jí)，也就說(shuō)，只有在當(dāng)前所有的計(jì)算都已經(jīng)完成了并且系統(tǒng)開(kāi)始閑置的時(shí)候下一輪的操作才能開(kāi)始，

因此，為了保證時(shí)序電路數(shù)據(jù)采集和處理的正確性，時(shí)鐘周期tCLK必須能容納電路中任何一級(jí)的最長(zhǎng)延時(shí)。假設(shè)該組合邏輯的最長(zhǎng)延時(shí)等于tLOGIC，那么時(shí)序電路正確工作要求的最小時(shí)鐘為：

tCLK = tCO+tLOGIC+tNET+tSU（公式1）

其中tNET為傳輸延遲，tCO 是寄存器固有的時(shí)鐘輸出延時(shí)，那么通過(guò)公式1很容易得到系統(tǒng)的最高頻率fMAX，常用表示：

fMAX = 1/tCLK （公式2）

我們假設(shè)寄存器的固有最小延時(shí)時(shí)間為tCOregister，那么為了保證時(shí)序電路正常工作，還需要如下的約束：

tCOregister + tLOGIC >= tHOLD （公式3）

這一約束保證了時(shí)序元件的輸入數(shù)據(jù)在時(shí)鐘邊沿之后能夠維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，并且不會(huì)由于新來(lái)的數(shù)據(jù)流而過(guò)早的改變。

8、時(shí)序約束的概念和基本策略？

時(shí)序約束主要包括周期約束，偏移約束，靜態(tài)時(shí)序路徑約束三種。通過(guò)附加時(shí)序約束可以綜合布線工具調(diào)整映射和布局布線，是設(shè)計(jì)達(dá)到時(shí)序要求。

附加時(shí)序約束的一般策略是先附加全局約束，然后對(duì)快速和慢速例外路徑附加專門(mén)約束。附加全局約束時(shí)，首先定義設(shè)計(jì)的所有時(shí)鐘，對(duì)各時(shí)鐘域內(nèi)的同步元件進(jìn)行分組， 對(duì)分組附加周期約束，然后對(duì) FPGA/CPLD 輸入輸出 PAD附加偏移約束、對(duì)全組合邏輯 的PAD TOPAD 路徑附加約束。附加專門(mén)約束時(shí)，首先約束分組之間的路徑，然后約束快、慢速例外路徑和多周期路徑，以及其他特殊路徑。

9、約束的作用？

1：時(shí)序約束：提高設(shè)計(jì)的工作頻率，減少系統(tǒng)布局布線時(shí)間

2：獲得正確的時(shí)序分析報(bào)告；（靜態(tài)時(shí)序分析工具以約束作為判斷時(shí)序是否滿足設(shè)計(jì)要 求的標(biāo)準(zhǔn)，因此要求設(shè)計(jì)者正確輸入約束，以便靜態(tài)時(shí)序分析工具可以正確的輸出時(shí)序 報(bào)告）

3：電器約束：指定 FPGA/CPLD 的電氣標(biāo)準(zhǔn)和引腳位置。

10、FPGA 設(shè)計(jì)包括那些基本技能：

SOPC，高速串行 I/O，低功耗，可靠性，可測(cè)試性和設(shè)計(jì)驗(yàn)證流程的優(yōu)化等方面。隨著芯片工藝的提高，芯片容量、集成度都在增加，F(xiàn)PGA 設(shè)計(jì)也朝著高速、高度集成、 低功耗、高可靠性、高可測(cè)、可驗(yàn)證性發(fā)展。隨著FPGA的應(yīng)用越來(lái)越多，F(xiàn)PGA工程師在設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方面的要求也越來(lái)越高。

編輯：hfy