FPGA全局復(fù)位及局部復(fù)位設(shè)計(jì)

隨著FPGA設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，芯片內(nèi)部的時(shí)鐘域也越來越多，使全局復(fù)位已不能夠適應(yīng)FPGA設(shè)計(jì)的需求，更多的設(shè)計(jì)趨向于使用局部的復(fù)位。本節(jié)將會從FPGA內(nèi)部復(fù)位“樹”的結(jié)構(gòu)來分析復(fù)位的結(jié)構(gòu)。

我們的復(fù)位線將會是一個(gè)和時(shí)鐘一樣多扇出的網(wǎng)絡(luò)，如此多的扇出，時(shí)鐘信號是采用全局時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的，那么復(fù)位如何處理?有人提出用全局時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)來傳遞復(fù)位信號，但是在FPGA設(shè)計(jì)中，這種方法還是有其弊端。一是無法解決復(fù)位結(jié)束可能造成的時(shí)序問題，因?yàn)槿志W(wǎng)絡(luò)的延時(shí)較大，并且不可以直接連到寄存器的復(fù)位端。仍然需要局部走線，這對于時(shí)序要求緊張的場合，較難滿足時(shí)序;二是會占用全局時(shí)鐘資源，多個(gè)復(fù)位信號會占用更多的全局時(shí)鐘資源。

在這里提出一個(gè)區(qū)域化復(fù)位的方案，如圖1所示。外部的異步復(fù)位信號被二級寄存器同步化之后，復(fù)制不同的復(fù)位寄存器連到不同的模塊來作為復(fù)位控制。如果單個(gè)模塊的復(fù)位扇出太大的話，還可以在模塊內(nèi)部復(fù)制復(fù)位寄存器。強(qiáng)烈建議那些在datapath上不需要復(fù)位的寄存器不要在代碼中復(fù)位，因?yàn)檫@樣會增加復(fù)位信號的扇出，并增加邏輯資源和降低邏輯速度。

對于那些有多個(gè)時(shí)鐘區(qū)域，需要多個(gè)時(shí)鐘區(qū)域內(nèi)獨(dú)立復(fù)位的設(shè)計(jì)由多個(gè)同步化的寄存器的模塊來完成同步，然后送到各模塊進(jìn)行復(fù)位。

當(dāng)然，對于選擇同步化的異步復(fù)位的方案，也可以如圖2所示來安排復(fù)位。將復(fù)位信號轉(zhuǎn)換成同步后送到不同的模塊，在各模塊中進(jìn)行同步化處理，各模塊完成自己的本地復(fù)位。

圖1模塊化復(fù)位

圖2 同步化異步復(fù)位之模塊化復(fù)位

綜合本節(jié)說明的復(fù)位路徑設(shè)計(jì),推薦采用局部復(fù)位，即各模塊或多個(gè)模塊采用自己的獨(dú)立復(fù)位信號。