異步復(fù)位，同步釋放的方式，而且復(fù)位信號低電平有效

一、特點(diǎn)：

同步復(fù)位：顧名思義，同步復(fù)位就是指復(fù)位信號只有在時鐘上升沿到來時，才能有效。否則，無法完成對系統(tǒng)的復(fù)位工作。用Verilog描述如下：
always @ (posedge clk) begin
if (!Rst_n)
...
end
異步復(fù)位：它是指無論時鐘沿是否到來，只要復(fù)位信號有效，就對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。用Verilog描述如下：
always @ (posedge clk,negedge Rst_n) begin
if (!Rst_n)
...
end

二、各自的優(yōu)缺點(diǎn)：

1、總的來說，同步復(fù)位的優(yōu)點(diǎn)大概有3條：
a、有利于仿真器的仿真。
b、可以使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)成為100%的同步時序電路，這便大大有利于時序分析，而且綜合出來的fmax一般較高。
c、因?yàn)樗挥性跁r鐘有效電平到來時才有效，所以可以濾除高于時鐘頻率的毛刺。
他的缺點(diǎn)也有不少，主要有以下幾條：
a、復(fù)位信號的有效時長必須大于時鐘周期，才能真正被系統(tǒng)識別并完成復(fù)位任務(wù)。同時還要考慮，諸如：clk skew,組合邏輯路徑延時,復(fù)位延時等因素。
b、由于大多數(shù)的邏輯器件的目標(biāo)庫內(nèi)的DFF都只有異步復(fù)位端口，所以，倘若采用同步復(fù)位的話，綜合器就會在寄存器的數(shù)據(jù)輸入端口插入組合邏輯，這樣就會耗費(fèi)較多的邏輯資源。
2、對于異步復(fù)位來說，他的優(yōu)點(diǎn)也有三條，都是相對應(yīng)的：
a、大多數(shù)目標(biāo)器件庫的dff都有異步復(fù)位端口，因此采用異步復(fù)位可以節(jié)省資源。
b、設(shè)計(jì)相對簡單。
c、異步復(fù)位信號識別方便，而且可以很方便的使用FPGA的全局復(fù)位端口GSR。
缺點(diǎn)：
a、在復(fù)位信號釋放(release)的時候容易出現(xiàn)問題。具體就是說：倘若復(fù)位釋放時恰恰在時鐘有效沿附近，就很容易使寄存器輸出出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)，從而導(dǎo)致亞穩(wěn)態(tài)。
b、復(fù)位信號容易受到毛刺的影響。

三、總結(jié)：

所以說，一般都推薦使用異步復(fù)位，同步釋放的方式，而且復(fù)位信號低電平有效。這樣就可以兩全其美了。

always @(posedge clk or negedge rst_n)

if(!rst_n) b = 1b0;

else b = a;

我們可以看到FPGA的寄存器都有一個異步的清零端（CLR），在異步復(fù)位的設(shè)計(jì)中這個端口一般就是接低電平有效的復(fù)位信號rst_n。即使說你的設(shè)計(jì)中是高電平復(fù)位，那么實(shí)際綜合后會把你的復(fù)位信號反向后接這個CLR端。

一個簡單的異步復(fù)位的例子

always @ (posedge clk or negedge rst_n)

if(!rst_n) b = 1b0;

else b = a;

我們可以看到FPGA的寄存器都有一個異步的清零端（CLR），在異步復(fù)位的設(shè)計(jì)中這個端口一般就是接低電平有效的復(fù)位信號rst_n。即使說你的設(shè)計(jì)中是高電平復(fù)位，那么實(shí)際綜合后會把你的復(fù)位信號反向后接這個CLR端。

一個簡單的同步復(fù)位的例子

always @ (posedge clk)

if(!rst_n) b = 1b0;

else b = a;

和異步復(fù)位相比，同步復(fù)位沒有用上寄存器的CLR端口，綜合出來的實(shí)際電路只是把復(fù)位信號rst_n作為了輸入邏輯的使能信號。那么，這樣的同步復(fù)位勢必會額外增加FPGA內(nèi)部的資源消耗。

那么同步復(fù)位和異步復(fù)位到底孰優(yōu)孰劣呢？

只能說，各有優(yōu)缺點(diǎn)。同步復(fù)位的好在于它只在時鐘信號clk的上升沿觸發(fā)進(jìn)行系統(tǒng)是否復(fù)位的判斷，這降低了亞穩(wěn)態(tài)出現(xiàn)的概率；它的不好上面也說了，在于它需要消耗更多的器件資源，這是我們不希望看到的。FPGA的寄存器有支持異步復(fù)位專用的端口，采用異步復(fù)位的端口無需額外增加器件資源的消耗，但是異步復(fù)位也存在著隱患，特權(quán)同學(xué)過去從沒有意識到也沒有見識過。異步時鐘域的亞穩(wěn)態(tài)問題同樣的存在與異步復(fù)位信號和系統(tǒng)時鐘信號之間。

再看下面一個兩級寄存器異步復(fù)位的例子

always @ (posedge clk or negedge rst_n)

if(!rst_n) b = 1b0;

else b = a;

always @ (posedge clk or negedge rst_n)

if(!rst_n) c = 1b0;

else c = b;

如此一來，既解決了同步復(fù)位的資源消耗問題，也解決了異步復(fù)位的亞穩(wěn)態(tài)問題。其根本思想，也是將異步信號同步化。