一般來說，復(fù)位信號有效后會保持比較長一段時間，確保 register 被復(fù)位完成。但是復(fù)位信號釋放時，因為其和時鐘是異步的關(guān)系，我們不知道它會在什么時刻被釋放。

首先看圖1，考慮復(fù)位信號在兩個時鐘沿之間被釋放的情況。Reset 信號從 Device Pin 到 Flip-Flop 的延遲最大不能超過“Max Time Available”，如果延遲超過了這個限制，那么復(fù)位信號的釋放會進入 Setup Time 要求的區(qū)間，導(dǎo)致 Flip-Flop 進入亞穩(wěn)態(tài)。當時鐘頻率變高，時鐘周期變短，不難發(fā)現(xiàn)，要滿足這個要求是越來越難的。

圖1 - Reset timing diagram, deasserted between clock edges

前面我們提到過，因為是異步信號，我們無法確保信號的釋放在一個確定的區(qū)間。如圖2所示，對于 Flip-Flop 來說，異步信號的釋放可能在A區(qū)間，也可能在B或者C區(qū)間。假設(shè)現(xiàn)在我們的設(shè)計中包含三個 Flip-Flop，分別為FF1，F(xiàn)F2 和 FF3。FF1 的復(fù)位釋放落在A區(qū)間，所以 FF1 會在復(fù)位信號釋放后的第一個時鐘沿有效，F(xiàn)F3 的復(fù)位釋放落在C區(qū)間，那么 FF3 會在復(fù)位信號釋放后的第二個時鐘沿有效，而 FF2 的復(fù)位釋放落在B區(qū)間，所以 FF2 可能會進入亞穩(wěn)態(tài)。

圖2 - Reset deasserted asynchronously to the clock

不同的 FF 因為復(fù)位信號釋放的位置不同而在不同的時刻有效，這會對設(shè)計造成影響嗎？

假如我們的設(shè)計是如圖3所示的情況，是不會對設(shè)計的功能造成影響的。在復(fù)位釋放之后，任何有問題的數(shù)據(jù)會被Pipeline排出去，經(jīng)過4個cycle之后，這個pipeline便會恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)。

圖3 - Reset for a pipeline

但如果我們的設(shè)計是如圖4所示。被復(fù)位的FF是狀態(tài)機的狀態(tài)，那么復(fù)位釋放后很有可能狀態(tài)機會被復(fù)位到一個無效的狀態(tài)，影響正常的功能。

圖4 - Reset for a one-hot state machine

什么是同步釋放 ？

從上一部分的內(nèi)容我們發(fā)現(xiàn)，異步信號的異步釋放會導(dǎo)致 FF 在不同的時刻有效，甚至進入亞穩(wěn)態(tài)，從而影響設(shè)計的功能運行。如何避免這個問題呢？考慮同步釋放。顧名思義，同步釋放就是讓復(fù)位信號的釋放過程與時鐘同步，從而確保所有 FF 在同一時刻有效。

如圖5所示，是異步復(fù)位同步釋放的電路設(shè)計。FDP的個數(shù)決定復(fù)位信號保持的長度，最少要有兩個。當復(fù)位信號釋放后，F(xiàn)DP chain 會將接地的0逐級pipe到最后一個FDP輸出，因為該FDP的輸出是和Clock同步的，所以FDR的復(fù)位釋放便是和Clock 同步的。

圖5 - Async reset with sync dessertion

最后一個FDP不是仍然是異步復(fù)位異步釋放么，會不會這個FDP因為異步釋放進入亞穩(wěn)態(tài)，那么其輸出的復(fù)位信號也不確定從而導(dǎo)致復(fù)位失敗？

答案是不會。FDP會進入亞穩(wěn)態(tài)的條件是什么？一是異步釋放非常貼近時鐘沿，二是 FDP 輸入D在時鐘沿附近發(fā)生跳變。根據(jù)這個電路設(shè)計，F(xiàn)DP的輸入D時不會在異步釋放時發(fā)生跳變的，所以FDP不會進入亞穩(wěn)態(tài)。

異步復(fù)位同步釋放的時序約束

異步復(fù)位同步釋放的電路我們已經(jīng)設(shè)計好了，如何進行時序約束呢？

對于 FDR，我們可以不用考慮的。因為工具會分析復(fù)位信號的 Recovery Time 和 Removal Time 來確保時序收斂。如果發(fā)現(xiàn) Recovey Time 或者 Removal Time 的違反，我們可能需要看一下 reset tree 或者 clock skew。一般都是 Recovey Time的違反，類似于 Setup Time，可能是由于 reset path的延遲太長導(dǎo)致。

對于 FDP，D端是同步電路，而CLR輸入端是異步信號，通過電路的設(shè)計我們已經(jīng)避免的異步信號帶來的問題，所以為了避免 false timing violation，我們可以對 FDP 的 CLR 端設(shè)置 false path。

審核編輯：劉清