FPGA同步复位和异步复位的可靠性特点及优缺点

FPGA

以前从来没有对FPGA的复位可靠性关注过，想当然的认为应该不会有什么问题。当问题真正出在复位上的时候，才又仔细地对FPGA的复位深入的了解了一下。首先我们用的复位管脚不是FPGA的全局管脚，并且复位信号上没有上拉电阻，容易受到干扰而产生毛刺，这对异步复位是相当有害的。其次，我在FPGA内部对复位的处理过于简单。

今天在网上看了一些资料，很多是关于同步和异步复位的优缺点比较。由于我在FPGA内部用的是异步复位，所以主要看了一下异步复位的缺点：1）复位信号在时钟有效沿或其附近释放时，容易使寄存器或触发器进入亚稳态；2）容易受到毛刺的影响；3）难以仿真，难以进行静态时序分析。上面的前两条应该对我来说是影响最重要的，而第三条说老实话，我还没有到哪个阶层（嘿嘿）

FPGA复位的可靠性（同步复位和异步复位）
一、特点：
同步复位：顾名思义，同步复位就是指复位信号只有在时钟上升沿到来时，才能有效。否则，无法完成对系统的复位工作。用Verilog描述如下：          always @ (posedge clk) begin
            if (!Rst_n)
异步复位：它是指无论时钟沿是否到来，只要复位信号有效，就对系统进行复位。用Verilog描述如下          always @ (posedge clk,negedge Rst_n)          begin
         if (!Rst_n)
二、各自的优缺点：
1、总的来说，同步复位的优点大概有3条：
a、有利于仿真器的仿真。
b、可以使所设计的系统成为100%的同步时序电路，这便大大有利于时序分析，而且综合出来的fmax一般较高。
c、因为他只有在时钟有效电平到来时才有效，所以可以滤除高于时钟频率的毛刺。       他的缺点也有不少，主要有以下几条：
a、复位信号的有效时长必须大于时钟周期，才能真正被系统识别并完成复位任务。同时还要考虑，诸如：clk skew,组合逻辑路径延时,复位延时等因素。
b、由于大多数的逻辑器件的目标库内的DFF都只有异步复位端口，所以，倘若采用同步复位的话，综合器就会在寄存器的数据输入端口插入组合逻辑，这样就会耗费较多的逻辑资源。       2、对于异步复位来说，他的优点也有三条，都是相对应的： a、大多数目标器件库的dff都有异步复位端口，因此采用异步复位可以节省资源。
b、设计相对简单。
c、异步复位信号识别方便，而且可以很方便的使用FPGA的全局复位端口GSR。
缺点： a、在复位信号释放(release)的时候容易出现问题。具体就是说：倘若复位释放时恰恰在时钟有效沿附近，就很容易使寄存器输出出现亚稳态，从而导致亚稳态。 b、复位信号容易受到毛刺的影响。 三、总结：所以说，一般都推荐使用异步复位，同步释放的方式，而且复位信号低电平有效。这样就可以两全其美了。

异步复位，同步释放——就可以消除上面的前两条缺点。所谓异步复位，同步释放就是在复位信号到来的时候不受时钟信号的同步，而是在复位信号释放的时候受到时钟信号的同步。通过一个复位信号综合器就可以实现异步复位，同步释放。

使用复位信号综合器可以很好地将同步和异步复位的优点结合起来，而消除他们缺点。因此在FPGA/CPLD的逻辑设计中可以很好的提高复位的可靠性，从而保证电路工作的稳定可靠性。re:关于FPGA复位可靠性的一些体会个人理解，补充一下，其实这里也是用到了用两级触发器来完成异步时钟域转换的问题，对于异步复位信号，它和时钟之间是一个异步的关系，时钟很可能找不到它的上升沿，因此容易造成亚稳态。怎么办呢，用老方法，两级触发器。第一级，（尽管异步，还是要采集的），采集异步复位信号的高电平，检测到高电平后给出1。（之所以不用这一个结果作为内部的复位信号，就是考虑到1级触发器是不解决问题的，可能就是个亚稳态信号）第二级，把第一级的结果用clk打一排，这样就避免了亚稳态。绕来绕去还是亚稳态呀^_^