沒(méi)有任何寄存器邏輯，RTL設(shè)計(jì)是不完整的。RTL是寄存器傳輸級(jí)或邏輯，用于描述依賴于當(dāng)前輸入和過(guò)去輸出的數(shù)字邏輯。

同步和異步復(fù)位

在ASIC/FPGA設(shè)計(jì)中，何時(shí)使用異步復(fù)位或同步復(fù)位總是導(dǎo)致設(shè)計(jì)者頭腦混亂。同步復(fù)位信號(hào)在時(shí)鐘邊緣和數(shù)據(jù)路徑的一部分進(jìn)行采樣，而異步復(fù)位信號(hào)的采樣與時(shí)鐘信號(hào)無(wú)關(guān)，而與數(shù)據(jù)路徑或數(shù)據(jù)輸入邏輯的一部分無(wú)關(guān)。本節(jié)介紹使用異步和同步復(fù)位的Verilog RTL for 觸發(fā)器。

D觸發(fā)器異步復(fù)位

異步復(fù)位不是數(shù)據(jù)路徑的一部分，用于初始化觸發(fā)器，而不考慮時(shí)鐘邊沿，因此稱為異步復(fù)位。這種初始化觸發(fā)器的技術(shù)不推薦用于生成內(nèi)部復(fù)位信號(hào)，因?yàn)樗菀壮霈F(xiàn)故障。設(shè)計(jì)者需要注意在內(nèi)部同步該復(fù)位信號(hào)，以避免出現(xiàn)故障。內(nèi)部同步復(fù)位信號(hào)應(yīng)用于存儲(chǔ)元件。復(fù)位解除（reset deassertion）是異步復(fù)位信號(hào)的主要問(wèn)題，采用兩級(jí)同步器可以克服這一問(wèn)題。兩級(jí)同步器（Level synchronizer）避免了復(fù)位解除期間的繞線情況。

Verilog RTL如圖所示，使用低電平異步復(fù)位信號(hào)“reset_n”（示例5.3）。

圖5.10顯示了具有異步復(fù)位“reset_n”的D觸發(fā)器的綜合邏輯。

示例5.3 D觸發(fā)器，帶低電平異步復(fù)位信號(hào)“reset_n”輸入

圖5.10 帶低電平異步復(fù)位信號(hào)輸入的綜合D觸發(fā)器

D觸發(fā)器同步復(fù)位

在同步復(fù)位中，復(fù)位信號(hào)是作為數(shù)據(jù)路徑的數(shù)據(jù)輸入的一部分，取決于活動(dòng)時(shí)鐘邊沿。同步復(fù)位不存在故障或危險(xiǎn)（glitches or hazards）問(wèn)題，因此這種方法最適合設(shè)計(jì)。該機(jī)制不需要額外的同步電路。

例5.4中描述了Verilog RTL，它使用低電平同步復(fù)位信號(hào)“reset_n”。

示例5.4 D觸發(fā)器，帶有源低同步復(fù)位輸入

圖5.11同步復(fù)位D觸發(fā)器的綜合邏輯

帶同步復(fù)位輸入的正邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器的綜合邏輯如圖5.11所示。

帶使能異步復(fù)位的觸發(fā)器

在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中，需要多個(gè)異步輸入?？紤]一個(gè)應(yīng)用程序，當(dāng)激活輸入時(shí)，它需要加載輸入數(shù)據(jù)。即使在復(fù)位信號(hào)激活且有效時(shí)，也必須等待初始化寄存器。如果兩個(gè)異步輸入同時(shí)到達(dá)，則輸出應(yīng)取決于這些信號(hào)的優(yōu)先級(jí)分配。

如示例5.5所示，兩個(gè)異步輸入被命名為“reset_n”和“l(fā)oad_en”?！?reset_n”具有最高優(yōu)先級(jí)，“l(fā)oad_en”具有最低優(yōu)先級(jí)。使用“if-else”構(gòu)造優(yōu)先級(jí)。

綜合邏輯如圖5.12所示。

示例5.5帶異步“reset_n”和“l(fā)oad_en”的D觸發(fā)器的Verilog RTL

圖5.12異步復(fù)位D觸發(fā)器的綜合輸出

帶使能同步復(fù)位的觸發(fā)器

如果多個(gè)信號(hào)或輸入是數(shù)據(jù)路徑的一部分，并且在時(shí)鐘的活動(dòng)邊沿上采樣，則在時(shí)鐘的活動(dòng)邊緣上分配時(shí)序單元的輸出?？紤]示例5.6中所示的Verilog RTL，輸入“reset_n”和“l(fā)oad_en”是同步輸入并在時(shí)鐘的正邊上采樣。同步輸入“reset_n”具有最高優(yōu)先級(jí)，“l(fā)oad_en”具有最低優(yōu)先級(jí)。

綜合邏輯如圖5.13所示，“reset_n”和“l(fā)oad_en”是數(shù)據(jù)路徑的一部分。

示例5.6帶同步“reset_n”和“l(fā)oad_en”的D觸發(fā)器

圖5.13帶同步“reset_n”和“l(fā)oad_en”的綜合邏輯

審核編輯：郭婷