復位設計中出現的結構性缺陷及解決方案
加入技術交流群
復位路徑的組合邏輯
1.問題（I）
如果組合邏輯輸入大約在同一時間發(fā)生變化，那么使用復位路徑中的組合邏輯可能產生干擾，這可能在設計中觸發(fā)虛假復位。下面是一個RTL代碼，它會在設計中意外復位。
assign module_a_rstb = ！（（slave_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“生成過渡。
在這段時間里，salve_addr為“00000010”，如果wdata[7：0]始終為零且“write_enable”已經被斷言，那么它將在module_rst_b創(chuàng)建一個無用脈沖，從而導致虛假復位。
圖6：復位路徑的組合邏輯
2.解決方案
首先注冊組合輸出，然后再將其用作復位源（如圖7所示）。
圖7：復位路徑的組合邏輯解決方案
3.問題（II）
在上面的示例中，復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間發(fā)生變化，那么它可能在設計中觸發(fā)虛假復位。然而，如果組合邏輯的輸入信號變化相互排斥，那么它可能不會引起任何設計問題。例如，測試模式和功能模式相互排斥。因此復位路徑的測試復用是有效的設計實踐。
然而，對于某些情況，變化相互排斥的靜態(tài)信號或信號可能會導致設計出現虛假復位觸發(fā)。下面的示例描述了此類設計可能出現問題。
圖8：復位路徑的組合邏輯（問題2）
在上面的示例中，多路復用結構用于復位路徑，同時進行RTL編碼。其中“mode”是一個控制信號，不頻繁改變，而mode0_rst_b和mode_1_rst_b是兩個復位事件，然而在合成RTL時，在門控級它被分解成不同的復雜的組合（And-Or-Invert[AOI]）信元。雖然在邏輯上它相當于一個多路復用器，但由于不同的信元和凈延遲，每當信號“mode”從1——>0變化時，final_rst_b都會產生干擾。
4.解決方案
*在合成過程中在復位路徑保留多路復用結構，因為多路復用結構與其他組合邏輯相比易于產生干擾。MUX Pragma可以在編碼RTL時使用，這將有助于合成工具在復位路徑中保留任何多路復用器。
設計中的同步復位問題
1.問題（I）
在許多地方，設計人員在時鐘方面喜歡同步復位設計。原因可能是為了節(jié)省一些芯片面積（帶有異步復位輸入的觸發(fā)器比任何不可復位觸發(fā)器都大）或讓系統與時鐘完全同步，也可能有一些其他原因。對于此類設計，當復位源被斷言時需要向設計的觸發(fā)器提供時鐘，否則，這些觸發(fā)器可能會在一段時間內都不進行初始化。但當該模塊被插入一個系統時，系統設計人員可能選擇在復位階段禁用其時鐘（如果在一開始不需要激活該模塊），以節(jié)省整個系統的動態(tài)功耗。因此，該模塊甚至在復位去斷言后一段時間內都不進行初始化。如果該模塊的任何輸出直接在系統中使用，那么將捕獲未初始化和未知的值（X），這可能會導致系統功能故障。
圖9：同步復位問題時序圖
2.解決方案
在復位階段啟用該模塊的時鐘且持續(xù)最短的時間，使該模塊內的所有觸發(fā)器都在復位過程中被初始化。當系統復位被去斷言時，模塊輸出不會有任何未初始化的值。
圖10：同步復位問題已解決
3. 問題（II）
在時鐘域交叉路徑使用兩個觸發(fā)同步器是常見做法。然而，有時設計人員對這些觸發(fā)器使用同步復位。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
在硬件中進行了RTL合成后，上面的代碼會在雙觸發(fā)器同步器的同步鏈中引入組合邏輯，這會帶來風險，并縮短sync2觸發(fā)器輸入進入亞穩(wěn)態(tài)的時間。
圖11:同步復位問題2
4. 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sync2觸發(fā)器不使用復位，因此在同步鏈中不會實現組合信元。然而，需要注意sync2需要一個額外的周期才能復位，這不應導致設計出現任何問題。
評論