復(fù)位設(shè)計中的結(jié)構(gòu)性缺陷及解決方案

冗余復(fù)位同步器引起的問題

1.問題

在使用多個異步時鐘的設(shè)計中，設(shè)計人員需要確保在目標(biāo)寄存器使用的時鐘方面，異步復(fù)位的同步去斷言，否則可能導(dǎo)致目標(biāo)觸發(fā)器發(fā)生時序違反，從而產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)。復(fù)位同步器被用來復(fù)位去斷言，與目標(biāo)時鐘域同步。然而，只有在系統(tǒng)復(fù)位去斷言過程中有目標(biāo)時鐘時才會發(fā)生復(fù)位去斷言時序違反。如果在復(fù)位去斷言時沒有時鐘，那么便不會有任何時序違反。因此，在設(shè)計多時鐘域模塊時，設(shè)計人員可以讓編譯時間選項繞過該模塊中的那些復(fù)位同步器，并讓系統(tǒng)集成商根據(jù)對該模塊的時鐘可用性決定是否需要使用復(fù)位同步器。

此外，如果系統(tǒng)時鐘和異步時鐘比非常高，冗余同步器甚至?xí)斐稍O(shè)計功能性問題。下面描述了這個問題。

圖12：冗余同步器的問題。

在上面的設(shè)計中，去斷言與sys clk同步的系統(tǒng)復(fù)位被饋送到（mod_clk域）的復(fù)位同步器，然后在mod_clk域邏輯中使用該復(fù)位。讓我們假定sys clk ： mod_clk的時鐘頻率比大于6：1.默認不啟用mod_clk，以節(jié)省動態(tài)功率。當(dāng)用戶想要啟用mod_clk域邏輯的功能時，便啟用該時鐘。在啟用了該時鐘后，有兩個mod_clk周期的延遲，其中，由于復(fù)位同步器導(dǎo)致整個mod_clk域邏輯都處于復(fù)位狀態(tài)。在該階段，如果一些數(shù)據(jù)交易從sys clk域開始，將在mod_clk域丟失。

2.解決方案

雖然這不是大問題，但有時會在客戶一端造成混淆，因為該延遲對客戶不可見。因此消除混淆的更好的方式是：

*如果在全局復(fù)位去斷言過程中沒有時鐘，則在設(shè)計中繞過/刪除冗余復(fù)位同步器。這當(dāng)然會節(jié)省一定的門控數(shù)。

*如果動態(tài)功耗不是問題，用戶可以在mod_clk域邏輯開始運作之前很長時間在啟動代碼選擇啟用mod_clk.因此，復(fù)位去斷言將有足夠的時間傳播。

*這也可以在軟件中處理，在任何有效操作之前啟用了mod_clk后，設(shè)置兩三個mod_clk周期的延遲。

由于罕見的時鐘路徑導(dǎo)致復(fù)位去斷言時序問題

1.問題

設(shè)計的復(fù)位架構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)而不同。在一些安全關(guān)鍵設(shè)備中，整個復(fù)位狀態(tài)機在安全時鐘上工作，安全時鐘默認啟用。該時鐘也被用作設(shè)備的默認系統(tǒng)時鐘。

圖13：罕見時鐘路徑的問題。

在上圖中，復(fù)位狀態(tài)機（R觸發(fā)器）在default_clk上工作。此外，在復(fù)位去斷言過程中，default_clk是sys clk的源。因此，在邏輯上，這兩個時鐘（clk1和clk2）在復(fù)位去斷言過程中同步。但是，由于clk1和clk2之間存在巨大的罕見路徑，因此很難平衡這兩個時鐘并視其為同步。因此，滿足A觸發(fā)器的復(fù)位去斷言變得具有挑戰(zhàn)性。

2.解決方案

異步對待clk1和clk2，并在A觸發(fā)器中使用復(fù)位之前放置復(fù)位同步器。現(xiàn)在需要從S2——>A滿足復(fù)位去斷言時序（見圖14）。這不應(yīng)是個問題。

圖14：解決方案。