復位設計中的結構性缺陷及解決方案(一)

隨著數(shù)字化設計和SoC的日益復雜，復位架構也變得非常復雜。在實施如此復雜的架構時，設計人員往往會犯一些低級錯誤，這些錯誤可能會導致亞穩(wěn)態(tài)、干擾或其他系統(tǒng)功能故障。本文討論了一些復位設計的基本的結構性問題。在每個問題的最后，都提出了一些解決方案。

　　復位域交叉問題

　　1. 問題

　　在一個連續(xù)設計中，如果源寄存器的異步復位不同于目標寄存器的復位，并且在起點寄存器的復位斷言過程中目標寄存器的數(shù)據(jù)輸入發(fā)生異步變化，那么該路徑將被視為異步路徑，盡管源寄存器和目標寄存器都位于同一個時鐘域，在源寄存器的復位斷言過程中可能導致目標寄存器出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)。這被稱為復位域交叉，其中啟動和捕捉觸發(fā)的復位是不同的。

　　在這種情況下，C寄存器和A寄存器的起點異步復位斷言是不同的。在C寄存器復位斷言過程中而A觸發(fā)器沒有復位，如果A寄存器的輸入端有一些有效數(shù)據(jù)交易，那么C寄存器的起點異步復位斷言引起的異步變更可能導致目標A寄存器發(fā)生時序違規(guī)，從而可能產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)。

　　圖1：復位域交叉問題

　　在上面的時序圖中，當有一些有效數(shù)據(jù)交易通過C1進行時，rst_c_b獲得斷言，導致C1發(fā)生異步改變，w.r.t clk從而使QC1進入亞穩(wěn)態(tài)，這可能導致設計發(fā)生功能故障。

　　2. 解決方案

　　* 使用異步復位、不可復位觸發(fā)器或D1觸發(fā)器POR.

　　* 如果復位源rst_c_b是同步的，那么則認為來自C_CLR --> Q的用于從rst_c_b_reg -->C_CLR-->C_Q1-->C1-->A_D進行設置保持檢查的時序弧能夠避免設計亞穩(wěn)態(tài)。然而，通常在默認情況下 C_CLR-->Q時序弧在庫中不啟用，需要在定時分析過程中明確啟用。

　　* 在目的地（A）使用雙觸發(fā)器同步器，以避免設計中發(fā)生亞穩(wěn)態(tài)傳播。然而，設計人員應確保安裝兩個觸發(fā)器引入的延遲不會影響預期功能。

　　由于組合環(huán)路導致復位源干擾

　　1. 問題

　　在SoC 中，全局系統(tǒng)復位在設備中組合了軟件或硬件生成的各種復位源。LVD復位、看門狗復位、調試復位、軟件復位、時鐘丟失復位是導致全局系統(tǒng)復位斷言的一些示例。 然而，如果由于任何復位源導致的全局復位斷言是完全異步的，且復位發(fā)生源邏輯被全局復位清零，那么設計中會產(chǎn)生組合環(huán)路，這會在該復位源產(chǎn)生干擾。組合路徑的傳播延遲會根據(jù)不同的流程、電壓或溫度以及干擾范圍而不同。如果設計中使用了組合信元用于復位斷言和去斷言，那么也會導致模擬中出現(xiàn)紊亂情況。這被視為設計人員的非常低級的錯誤。

　　圖2：復位源干擾（基本問題）