復(fù)位設(shè)計(jì)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(gè)異步時(shí)鐘的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要確保在目標(biāo)寄存器使用的時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)鐘時(shí)才會(huì)發(fā)生復(fù)位去斷言時(shí)序違反。如果在復(fù)位去斷言時(shí)沒有時(shí)鐘，那么便不會(huì)有任何時(shí)序違反。因此，在設(shè)計(jì)多時(shí)鐘域模塊時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以讓編譯時(shí)間選項(xiàng)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(duì)該模塊的時(shí)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(shí)鐘和異步時(shí)鐘比非常高，冗余同步器甚至?xí)斐稍O(shè)計(jì)功能性問題。下面描述了這個(gè)問題。

圖12：冗余同步器的問題。

在上面的設(shè)計(jì)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(shí)鐘頻率比大于6：1.默認(rèn)不啟用mod_clk，以節(jié)省動(dòng)態(tài)功率。當(dāng)用戶想要啟用mod_clk域邏輯的功能時(shí)，便啟用該時(shí)鐘。在啟用了該時(shí)鐘后，有兩個(gè)mod_clk周期的延遲，其中，由于復(fù)位同步器導(dǎo)致整個(gè)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(shí)會(huì)在客戶一端造成混淆，因?yàn)樵撗舆t對(duì)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(shí)鐘，則在設(shè)計(jì)中繞過/刪除冗余復(fù)位同步器。這當(dāng)然會(huì)節(jié)省一定的門控?cái)?shù)。

*如果動(dòng)態(tài)功耗不是問題，用戶可以在mod_clk域邏輯開始運(yùn)作之前很長時(shí)間在啟動(dòng)代碼選擇啟用mod_clk.因此，復(fù)位去斷言將有足夠的時(shí)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(gè)mod_clk周期的延遲。

由于罕見的時(shí)鐘路徑導(dǎo)致復(fù)位去斷言時(shí)序問題

1.問題

設(shè)計(jì)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(gè)復(fù)位狀態(tài)機(jī)在安全時(shí)鐘上工作，安全時(shí)鐘默認(rèn)啟用。該時(shí)鐘也被用作設(shè)備的默認(rèn)系統(tǒng)時(shí)鐘。

圖13：罕見時(shí)鐘路徑的問題。

在上圖中，復(fù)位狀態(tài)機(jī)（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(gè)時(shí)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(gè)時(shí)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(duì)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?，F(xiàn)在需要從S2——>A滿足復(fù)位去斷言時(shí)序（見圖14）。這不應(yīng)是個(gè)問題。

圖14：解決方案。