寄存器是什么 掌握使用寄存器做设计需要注意的事项

既然RTL是以寄存器行为为基础，那么就必须先了解寄存器是什么，并且掌握使用寄存器做设计需要注意的事项。

寄存器从字面看，就是一个容器，将可能随时发生变化的数据存起来，确保变化不会影响到保存的数据。这个行为与“数字电路设计”中提到的D触发器行为一致，一般来说由输入数据信号D、输出数据信号Q以及边沿触发信号CLK组成。其实就是D触发器（D Flip-Flop，简称DFF）。

下图所示是一个上升沿触发寄存器常见的电路元件图形，其中CLK输入有个箭头的形状，表示边沿触发。其工作行为，由时序图所示，当CLK上升沿触发电路状态的变化，则D端输入的信号被采集并输出到Q端。如果没有CLK上升沿触发电路，则输出信号Q保持不变。以波形图t1变化为例，第2个CLK上升沿后，D端数据发生变化，但变化并不会直接传输到Q的输出上，而必须等到第3个CLK上升沿，D端的变化才会被更新到Q的输出。

常用的寄存器类型

实际在设计电路时，寄存器主要有以下几种类型：

• 上升沿触发寄存器
• 下降沿触发寄存器
• 带异步复位（高电平有效）的上升沿触发寄存器
• 带异步置位（高电平有效）的上升沿触发寄存器
• 带异步复位（高电平有效）的下降沿触发寄存器
• 带异步置位（高电平有效）的下降沿触发寄存器
• 带异步复位（低电平有效）的上升沿触发寄存器
• 带异步置位（低电平有效）的上升沿触发寄存器
• 带异步复位（低电平有效）的下降沿触发寄存器
• 带异步置位（低电平有效）的下降沿触发寄存器。
  虽然寄存器种类很多，而且多数一般的标准单元库[1]都会涵盖这些寄存器类型。但考虑到电路的可靠性，以及可测试性设计（参考可测试性设计部分）的需要，建议在设计电路时只使用带异步复位或异步置位（低电平有效）的上升沿触发寄存器。

所谓异步复位或异步置位，就是当该信号有效时，Q端输出立刻输出为低电平或高电平，而不用边沿信号驱动。