异步复位、同步复位及异步复位同步释放详解

1. 异步复位

异步复位是指无论时钟信号是否到达，只要复位信号有效，就会立即对系统进行复位操作。这种复位方式在硬件设计中非常常见，特别是在需要快速复位系统的场景中。

代码示例如下：

module asy(clk, rst_n, d, q);
  input wire clk;
  input wire rst_n;
  input wire d;
  output reg q;
  always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (!rst_n) begin
      q <= 0;
    end else begin
      q <= d;
    end
  end
endmodule

RTL图如下所示：

异步复位的优点是占用较少的逻辑资源，但缺点是在某些情况下可能会产生竞争冒险问题。

测试平台代码如下：

`timescale 1ns / 1ns
module tb_asy;
  reg clk;
  reg rst_n;
  reg d;
  wire q;
  initial begin
    clk = 0;
    rst_n = 0;
    #55 rst_n = 1;
    #55 rst_n = 0;
    #55 rst_n = 1;
    #55 rst_n = 0;
  end
  always #10 clk = ~clk;
  asy asy(.clk(clk), .rst_n(rst_n), .d(d), .q(q));
endmodule

仿真结果如下所示：

2. 同步复位

同步复位是指复位信号只有在时钟上升沿到来时才生效。这种方式可以减少竞争冒险的风险，但会占用更多的逻辑资源。

代码示例如下：

module syn(clk, rst_n, d, q);
  input wire clk;
  input wire rst_n;
  input wire d;
  output reg q;
  always @(posedge clk) begin
    if (!rst_n) begin
      q <= 0;
    end else begin
      q <= d;
    end
  end
endmodule

RTL图如下所示：

同步复位的优点是可以减少竞争冒险的可能性，但缺点是会占用更多的逻辑资源。

测试平台代码如下：

`timescale 1ns / 1ns
module tb_syn;
  reg clk;
  reg rst_n;
  reg d;
  wire q;
  initial begin
    clk = 0;
    rst_n = 0;
    #55 rst_n = 1;
    #55 rst_n = 0;
    #55 rst_n = 1;
    #55 rst_n = 0;
  end
  always #10 clk = ~clk;
  syn syn(.clk(clk), .rst_n(rst_n), .d(d), .q(q));
endmodule

仿真结果如下所示：

3. 异步复位同步释放

异步复位同步释放结合了异步复位和同步复位的优点。复位信号在任何时候都可以触发复位操作，但在时钟上升沿时才会释放复位状态。这种方式可以有效地减少竞争冒险，同时保持较快的复位速度。

代码示例如下：

module asy_sync_release(clk, rst_n, d, q);
  input wire clk;
  input wire rst_n;
  input wire d;
  output reg q;
  reg internal_rst_n;
  always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (!rst_n) begin
      internal_rst_n <= 0;
    end else begin
      internal_rst_n <= 1;
    end
  end
  always @(posedge clk) begin
    if (!internal_rst_n) begin
      q <= 0;
    end else begin
      q <= d;
    end
  end
endmodule

这种复位方式在实际应用中非常灵活，可以在保证系统稳定性的前提下，实现快速复位。