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FPGA同步复位、异步复位、异步复位同步释放仿真

xilinx VIVADO仿真

行为仿真

综合后功能仿真，综合后时序仿真

实现后功能仿真，实现后时序仿真

目录

前言

一、同步复位

二、异步复位

三、异步复位同步释放

总结

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前言

        本文将详细介绍FPGA同步复位、异步复位、异步复位同步释放，并用实际的例子在VIVADO上面完成这三种复位的仿真，仿真包括行为仿真、综合后功能仿真、综合后时序仿真、实现后功能仿真、实现后时序仿真五种仿真。同时也将给出RTL、综合、实现后的电路图。仿真和电路图可以帮助我们彻底搞清楚这三种复位。

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、同步复位

        同步复位指的是在时钟边沿（有效沿）检测到复位信号后，执行复位操作。

设计源文件和仿真源文件如下：

//*******************同步复位*******************
module	reset_research(input		clk	 ,	//时钟input		rst_n,	//复位，低电平有效input		in	 ,	//输入信号output reg	out	 	//输出信号
);always@(posedge clk)beginif(!rst_n)out <= 1'b0;		//复位将输出置零elseout <= in;			//其他时候将输入赋值给输出
end	endmodule

module tb_reset_research;parameter PERIOD  = 20;
reg   clk  = 0 ;
reg   rst_n= 1 ;
reg   in   = 1 ;
wire  out  ;    initial
beginforever #(PERIOD/2)  clk=~clk;
endreset_research  u_reset_research 
(.clk   ( clk     ),.rst_n ( rst_n   ),.in    ( in      ),.out   ( out     )
);initial
begin#25 rst_n<=0;#10 rst_n<=1;#35 rst_n<=0;#10 rst_n<=1;#20 rst_n<=0;#10 rst_n<=1;#45 rst_n<=0;#5 rst_n<=1;#100$finish;
endendmodule

RTL级电路如下：

行为仿真结果如下：

综合后的电路图如下：

综合后功能仿真

综合后时序仿真

实现后的电路图如下：

实现后功能仿真

实现后时序仿真

        由于输入的复位信号没有同步到当前时钟域下，VIVADO实现无法做时序分析。

二、异步复位

        异步复位指的是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。

设计源文件如下，仿真源文件和同步复位一样。

//*******************异步复位*******************
module	reset_research(input		clk	 ,	//时钟input		rst_n,	//复位，低电平有效input		in	 ,	//输入信号output reg	out	 	//输出信号
);always@(posedge clk or negedge rst_n)beginif(!rst_n)out <= 1'b0;		//复位将输出置零elseout <= in;			//其他时候将输入赋值给输出
end	endmodule

RTL级电路如下：

行为仿真结果如下：

综合后的电路图如下：

综合后功能仿真

综合后时序仿真

实现后的电路图如下：

实现后功能仿真

实现后时序仿真

   由于输入的复位信号没有同步到当前时钟域下，VIVADO实现无法做时序分析。

三、异步复位同步释放

        异步复位同步的根本思想，是将异步信号同步化。

设计源文件如下，仿真源文件和前两种复位的一样。

//异步复位同步释放(如果复位信号从IO进来，这样可以消除异步复位的亚稳态问题)
module	reset_research(input		clk	 ,	//时钟input		rst_n,	//复位，低电平有效input		in	 ,	//输入信号output reg	out	 	//输出信号
);reg new_rst_n_d0;
reg new_rst_n;
always @(posedge clk or negedge rst_n)
beginif(!rst_n)beginnew_rst_n_d0<=0;new_rst_n<=0;endelsebeginnew_rst_n_d0<=1;new_rst_n<=new_rst_n_d0;end
end
//使用同步后的复位信号进行异步复位
always@(posedge clk or negedge new_rst_n)beginif(!new_rst_n)out <= 1'b0;		//复位将输出置零elseout <= in;			//其他时候将输入赋值给输出
end	endmodule

RTL级电路如下：

行为仿真结果如下：

综合后的电路图如下：

综合后功能仿真

综合后时序仿真

实现后的电路图如下：

实现后功能仿真

实现后时序仿真

   由于输入的复位信号同步到了当前时钟域下，VIVADO实现可以做时序分析。

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总结

        从以上结果，我们可以得出以下结论：

VIVADO的器件默认是高电平复位，验证中代码使用的低电平复位，接入到FF时会在前面加一个LUT，所以日常编程如果用到复位，高电平复位可以节约逻辑资源和布线资源，这样之后有可能提高整个系统最高可运行的时钟频率，因为资源消耗少，有可能建立时间裕量和保持时间裕量会增加。

异步复位同步释放便于软件进行时序分析，能通过软件分析结果得出时序是否收敛，其他两种复位软件无法进行时序分析，无法得知设计的电路时序是否收敛。

每一种复位中，综合实现后的功能仿真对得上，综合实现后的时序仿真也对得上，只是延时不同，但是由于时序仿真考虑了延时，所以时序仿真的结果与功能仿真的结果可能会出现偏差，如本文便出现了这种情况，当然也可能是仿真激励条件过于刁钻了。实际应用中的时序电路要确保所有信号同步于时钟边沿，对于异步信号，需要同步化，这样能提高电路的可靠性。

综上，复位会消耗资源，所以能不用复位就不用复位，如果要用复位，外部的复位信号使用的方式应该是异步复位同步释放。