作者：ALI韩帅该 | 来源：互联网 | 2024-10-24 11:19
复位功能在电子系统中至关重要，能够将所有工作中的器件状态重置为初始状态，从而实现系统的重新启动。常见的复位方式包括上电复位和按键复位。本文重点探讨按键复位的设计，特别是在“异步复位与同步释放”机制中的应用。该机制通过异步信号触发复位过程，再通过同步逻辑确保复位信号的安全释放，有效提高了系统的可靠性和稳定性。此外，文章还详细分析了该机制在实际项目中的具体实现方法和注意事项。
复位的功能是很必要的，让一切正在处于工作状态的器件的状态恢复到初始态，可以达到重新开始工作的作用。复位有上电复位和按键复位两种常见方式。
先说一下按键复位。
一开始，我们在设计按键复位的逻辑功能时，第一反应就是利用D触发器的异步清零端（clr端），这种方式称为异步复位，代码和RTL图如下：
1 always@(posedge clk or negedge rst_n)
2 begin
3 if(rst_n == 1‘b0)
4 q <= 1‘b0;
5 else
6 q <= 1‘b1;
7 end
采取异步复位的方式的优点是不需要额外的资源，直接使用寄存器自带的异步清零端即可。缺点是存在亚稳态状态。
1. 当clk上升沿到来时，rst_n正好由高电平变为低电平（处于复位状态），这时rst_n具有优先级，寄存器直接进行初始态。
2. 当clk上升沿到来时，rst_n正好由低电平变为高电平（处于置位状态），这时寄存器是认为rst_n为1，锁存此刻的值a,输出前一个时钟周期的b呢，还是认为rst_n为0，该仅从初始化了呢（打架了，造成了亚稳态）
那这种方式存在问题，我们再来看看同步复位的方式，代码和RTL图如下：
1 always@(posedge clk)
2 begin
3 if(rst_n == 1‘b0)
4 q <= 1‘b0;
5 else
6 q <= 1‘b1;
7 end
1. 当clk上升沿到来时，rst_n正好由高电平变为低电平（处于复位状态），此刻寄存器仅受clk的控制，认为采样到的是rst_n的高电平，继续输出已存数值，下一个时钟周期才认为rst_n是低电平，进行初始化。
2. 当clk上升沿到来时，rst_n正好由低电平变为高电平（处于置位状态），此刻寄存器仅受clk的控制，认为采样到的是rst_n的低电平，继续初始化，下一个时钟周期才认为rst_n是高电平，输出响应的值。
但是采取同步复位的方式的虽然能减小亚稳态的发生，但是需要额外的资源。
异步复位和同步复位都有优缺点，将两者相互结合，互补一下，便出现了“异步复位，同步释放”的方式，很好的解决了两者的不足。代码和RTL图如下：
1 module sys_ctrl(
2 input clk,
3 input rst_n,
4 output reg sys_rst_n
5 );
6
7 reg rst_1;
8
9 always@(posedge clk or negedge rst_n)
10 begin
11 if(!rst_n == 1‘b0)
12 rst_1 <= 1‘b0;
13 else
14 rst_1 <= 1‘b1;
15 end
16
17 always@(posedge clk or negedge rst_n)
18 begin
19 if(rst_n == 1‘b0)
20 sys_rst_n <= 1‘b0;
21 else
22 sys_rst_n <= rst_1;
23 end
24
25
26 endmodule
这样就既利用了异步复位的清零端进行复位，不需要额外开支资源，又利用了同步复位的释放优点，将异步复位的释放电平延迟1个时钟周期，然后再将延迟后的释放电平信号作为系统复位信号，避免了释放时亚稳态的发生。
下面说一下上电复位
系统在每次上电复位初始化时，需要消耗很多方面的时间，大体如下：
1. 电源等芯片的转换时间
2. FPGA的启动到稳定的时间
3. 外围电路的启动时间
所以，为了保证FPGA上电复位后更加的稳定，可以在上电开始后，进行一定的延迟时间来保证FPGA可以达到稳定的状态。综合以上代码如下：
1 module test(
2 input clk,
3 input rst_n,
4 output reg sys_rst_n
5 );
6
7 parameter RST_TIME = 24‘d2_500_000; //50ms
8
9 reg rst_1;
10 reg [23:0] cnt_rst;
11
12 always@(posedge clk or negedge rst_n)
13 begin
14 if(rst_n == 1‘b0)
15 cnt_rst <= 24‘d0;
16 else
17 if(cnt_rst < RST_TIME)
18 cnt_rst <= cnt_rst +1‘b1;
19 else
20 cnt_rst <= cnt_rst;
21 end
22
23 always@(posedge clk or negedge rst_n)
24 begin
25 if(rst_n == 1‘b0)begin
26 rst_1 <= 1‘b0;
27 sys_rst_n <= 1‘b0;
28 end
29 else begin
30 if(cnt_rst == RST_TIME)begin
31 rst_1 <= 1‘b1;
32 sys_rst_n <= rst_1;
33 end
34 else begin
35 rst_1 <= 1‘b0;
36 sys_rst_n <= 1‘b0;
37 end
38 end
39 end
40
41 endmodule
总结“异步复位，同步释放”
京公网安备 11010802041100号