低功耗编码之“复位”

典型的复位电路，同步复位和异步复位。

同步复位指的是时钟有效沿来临的时候进行复位操作，同步复位使得电路为同步电路，能够利于仿真，缺点是要求复位信号要大于一个周期，否则无法保证成功复位，此外综合出来的电路实际上并没有利用器件的复位端，而是在输入端插入额外的逻辑电路，这样增加了额外的逻辑资源消耗。

异步复位是指的在任何时候只要复位信号有效即可复位，不占用额外的逻辑资源，充分利用器件的复位引脚，但是由于来临和结束时间未知，容易引起亚稳态现象。

二者相比较，同步复位需要引入额外的 MUX 电路控制 RST/S，对资源有一定的占用。因此同步复位的功耗相比较大。

举例代码，通过vivado综合后，比较二者的功耗。

同步复位：

module vld_cnt #(
    parameter CNT_WIDTH = 8
)
(
    input                           clk     ,
    input                           rst_n   ,
    input                           vld_in  ,
    output  reg [CNT_WIDTH-1:0]     cnt_out
);


reg [CNT_WIDTH-1:0] cnt_tmp;

always @ (posedge clk) begin
    if (!rst_n) begin
        cnt_tmp <= {CNT_WIDTH{1'b0}};
    end
    else if (vld_in) begin
        cnt_tmp <= cnt_tmp + 1'b1;
    end
    else if (cnt_tmp >= 8'd8) begin
        cnt_tmp <= {CNT_WIDTH{1'b0}};
    end
    else;
end

always @ (posedge clk) begin
    if (!rst_n) begin
        cnt_out <= {CNT_WIDTH{1'b0}};
    end
    else if (cnt_tmp >= 8'd8) begin
        cnt_out <= cnt_out + 1'b1;
    end
    else;
end

以上代码，8个有效vld_in为一组进行计数，返回有效的组数。信号量都是采用同步复位。

综合后，电路的功耗如下：

异步复位：

module vld_cnt #(
    parameter CNT_WIDTH = 8
)
(
    input                           clk     ,
    input                           rst_n   ,
    input                           vld_in  ,
    output  reg [CNT_WIDTH-1:0]     cnt_out
);


reg [CNT_WIDTH-1:0] cnt_tmp;

always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (!rst_n) begin
        cnt_tmp <= {CNT_WIDTH{1'b0}};
    end
    else if (vld_in) begin
        cnt_tmp <= cnt_tmp + 1'b1;
    end
    else if (cnt_tmp >= 8'd8) begin
        cnt_tmp <= {CNT_WIDTH{1'b0}};
    end
    else;
end

always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (!rst_n) begin
        cnt_out <= {CNT_WIDTH{1'b0}};
    end
    else if (cnt_tmp >= 8'd8) begin
        cnt_out <= cnt_out + 1'b1;
    end
    else;
end

综合后，电路的功耗如下：

同步复位电路总功耗：4.246W，异步复位电路总功耗：0.362W。二者比较明显异步复位电路功耗低于同步复位电路。