復(fù)位設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)性缺陷及解決方案

復(fù)位路徑的組合邏輯

1.問(wèn)題（I）

如果組合邏輯輸入大約在同一時(shí)間發(fā)生變化，那么使用復(fù)位路徑中的組合邏輯可能產(chǎn)生干擾，這可能在設(shè)計(jì)中觸發(fā)虛假?gòu)?fù)位。下面是一個(gè)RTL代碼，它會(huì)在設(shè)計(jì)中意外復(fù)位。

assign module_a_rstb = ?。ǎ╯lave_addr[7：0]==8h02 write_enable （wdata[7：0]==00））

always @（posedge clk or negedge module_rst_b）

if（！module_rst_b） data_q 00000010 ——> 00000000 ——> 01000000 ——> 01100000“生成過(guò)渡。

在這段時(shí)間里，salve_addr為“00000010”，如果wdata[7：0]始終為零且“write_enable”已經(jīng)被斷言，那么它將在module_rst_b創(chuàng)建一個(gè)無(wú)用脈沖，從而導(dǎo)致虛假?gòu)?fù)位。

圖6：復(fù)位路徑的組合邏輯。

2.解決方案

首先注冊(cè)組合輸出，然后再將其用作復(fù)位源（如圖7所示）。

圖7：復(fù)位路徑的組合邏輯解決方案。

3.問(wèn)題（II）

在上面的示例中，復(fù)位路徑的組合邏輯解決方案并不完善。如果組合邏輯輸入大約在同一時(shí)間發(fā)生變化，那么它可能在設(shè)計(jì)中觸發(fā)虛假?gòu)?fù)位。然而，如果組合邏輯的輸入信號(hào)變化相互排斥，那么它可能不會(huì)引起任何設(shè)計(jì)問(wèn)題。例如，測(cè)試模式和功能模式相互排斥。因此復(fù)位路徑的測(cè)試復(fù)用是有效的設(shè)計(jì)實(shí)踐。

然而，對(duì)于某些情況，變化相互排斥的靜態(tài)信號(hào)或信號(hào)可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)出現(xiàn)虛假?gòu)?fù)位觸發(fā)。下面的示例描述了此類設(shè)計(jì)可能出現(xiàn)問(wèn)題。

圖8：復(fù)位路徑的組合邏輯（問(wèn)題2）。

在上面的示例中，多路復(fù)用結(jié)構(gòu)用于復(fù)位路徑，同時(shí)進(jìn)行RTL編碼。其中“mode”是一個(gè)控制信號(hào)，不頻繁改變，而mode0_rst_b和mode_1_rst_b是兩個(gè)復(fù)位事件，然而在合成RTL時(shí)，在門控級(jí)它被分解成不同的復(fù)雜的組合（And-Or-Invert[AOI]）信元。雖然在邏輯上它相當(dāng)于一個(gè)多路復(fù)用器，但由于不同的信元和凈延遲，每當(dāng)信號(hào)“mode”從1——>0變化時(shí)，final_rst_b都會(huì)產(chǎn)生干擾。

4.解決方案

*在合成過(guò)程中在復(fù)位路徑保留多路復(fù)用結(jié)構(gòu)，因?yàn)槎嗦窂?fù)用結(jié)構(gòu)與其他組合邏輯相比易于產(chǎn)生干擾。MUX Pragma可以在編碼RTL時(shí)使用，這將有助于合成工具在復(fù)位路徑中保留任何多路復(fù)用器。

設(shè)計(jì)中的同步復(fù)位問(wèn)題

1.問(wèn)題（I）

在許多地方，設(shè)計(jì)人員在時(shí)鐘方面喜歡同步復(fù)位設(shè)計(jì)。原因可能是為了節(jié)省一些芯片面積（帶有異步復(fù)位輸入的觸發(fā)器比任何不可復(fù)位觸發(fā)器都大）或讓系統(tǒng)與時(shí)鐘完全同步，也可能有一些其他原因。對(duì)于此類設(shè)計(jì)，當(dāng)復(fù)位源被斷言時(shí)需要向設(shè)計(jì)的觸發(fā)器提供時(shí)鐘，否則，這些觸發(fā)器可能會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)都不進(jìn)行初始化。但當(dāng)該模塊被插入一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可能選擇在復(fù)位階段禁用其時(shí)鐘（如果在一開始不需要激活該模塊），以節(jié)省整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功耗。因此，該模塊甚至在復(fù)位去斷言后一段時(shí)間內(nèi)都不進(jìn)行初始化。如果該模塊的任何輸出直接在系統(tǒng)中使用，那么將捕獲未初始化和未知的值（X），這可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功能故障。

圖9：同步復(fù)位問(wèn)題時(shí)序圖。

2.解決方案

在復(fù)位階段啟用該模塊的時(shí)鐘且持續(xù)最短的時(shí)間，使該模塊內(nèi)的所有觸發(fā)器都在復(fù)位過(guò)程中被初始化。當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位被去斷言時(shí)，模塊輸出不會(huì)有任何未初始化的值。

圖10：同步復(fù)位問(wèn)題已解決。

3. 問(wèn)題(II)

在時(shí)鐘域交叉路徑使用兩個(gè)觸發(fā)同步器是常見(jiàn)做法。然而，有時(shí)設(shè)計(jì)人員對(duì)這些觸發(fā)器使用同步復(fù)位。相同的RTL代碼是

always @(posedge clk )

if(!sync_rst_b) begin

sync1 = 1b0; sync2 = 1b0 ;

end

else begin

sync1 = async_in; sync2 = sync1

end

在硬件中進(jìn)行了RTL合成后，上面的代碼會(huì)在雙觸發(fā)器同步器的同步鏈中引入組合邏輯，這會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，并縮短sync2觸發(fā)器輸入進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)的時(shí)間。

圖11：同步復(fù)位問(wèn)題2。

2. 解決方案

可用以下方式編寫RTL代碼，以避免同步鏈的組合邏輯。

always @(posedge clk )

if(!sync_rst_b) begin

sync1 = 1b0;

end

else begin

sync1 = async_in; sync2 = sync1

end

在上面的代碼中，對(duì)sync2觸發(fā)器不使用復(fù)位，因此在同步鏈中不會(huì)實(shí)現(xiàn)組合信元。然而，需要注意sync2需要一個(gè)額外的周期才能復(fù)位，這不應(yīng)導(dǎo)致設(shè)計(jì)出現(xiàn)任何問(wèn)題。