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【verilog】同步复位，异步复位以及异步复位同步释放

2024-06-11 1518

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简介： 该文讨论了数字电路设计中触发器复位机制的三种类型：同步复位、异步复位和异步复位同步释放。同步复位在时钟边沿确保稳定性，但对复位脉冲宽度有要求；异步复位响应快速，但可能受干扰且时序不确定；异步复位同步释放则结合两者的优点。设计时需根据需求权衡选择。文中还给出了Verilog代码示例。

触发器复位机制：同步与异步对比

触发器的复位机制对于数字电路设计至关重要，它确保电路能在启动或故障恢复时回到一个已知状态。本文将深入探讨同步复位、异步复位以及异步复位同步释放三种复位方式的优劣，并通过具体的Verilog代码示例来说明它们的实现方法。

1. 同步复位 (Synchronous Reset)

同步复位机制通过时钟信号控制触发器的状态更新，确保复位信号的稳定性，避免瞬时毛刺的影响。

Verilog代码示例:

Verilog

module d_ff (
        input clk,
        input rst_n,
        input datain,
        output reg dataout
    );

    always @ (posedge clk) begin
        if (!rst_n) dataout <= 1'b0;
        else        dataout <= datain;
    end
endmodule

优点:

抗干扰性强，能滤除短于时钟周期的复位信号毛刺。
便于静态时序分析和基于周期的仿真。
综合工具可能使用选择器或与门实现复位逻辑。

缺点:

需要额外的逻辑资源。
对复位信号的脉冲宽度有严格要求。
依赖时钟信号的完整性。

2. 异步复位 (Asynchronous Reset)

异步复位不受时钟约束，可在任意时刻响应复位信号，适用于即时复位需求。

Verilog代码示例:

Verilog

module prac (
        input clk,
        input rst_n,
        input datain,
        output reg dataout
    );

    always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
        if (!rst_n) dataout <= 1'b0;
        else        dataout <= datain;
    end
endmodule

优点:

实现简单，不占用额外逻辑资源。
不依赖时钟，灵活性高。

缺点:

易受外界干扰。
复位信号释放的随机性可能导致时序问题。

3. 异步复位同步释放 (Asynchronous Reset Synchronous Release)

结合异步复位的即时响应与同步复位的稳定性的优势，确保复位信号在时钟边缘被正确处理。

Verilog代码示例:

Verilog

module prac (
        input clk,
        input reset_n,
        input dataa,
        input datab,
        output outa,
        output outb
    );

    reg reg1;
    reg reg2;
    reg reg3;
    reg reg4;
    assign outa = reg1;
    assign outb = reg2;
    assign rst_n = reg4;

    always @ (posedge clk or negedge reset_n) begin
        if (!reset_n) begin
            reg3 <= 1'b0;
            reg4 <= 1'b0;
        end else begin
            reg3 <= 1'b1;
            reg4 <= reg3;
        end
    end

    always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
        if (!rst_n) begin
            reg1 <= 1'b0;
            reg2 <= 1'b0;
        end else begin
            reg1 <= dataa;
            reg2 <= datab;
        end
    end
endmodule