异步复位同步释放的理解

同步复位

在同步复位中,复位信息的传递由时钟信号控制,仅当时钟上升沿到来时才会将复位信息和数据d存入寄存器中。电路图如下:
在这里插入图片描述
同步复位优缺点:

  1. 确保电路为同步的
  2. 减少毛刺的产生
  3. 由于实际中的电路器件一般为异步复位,故使用同步复位会消耗更多资源
  4. 需要更长的保持复位状态时间,至少要大于时钟周期

代码实现

/*
 * @Author: yaohao 
 * @Date: 2022-06-10 10:45:05 
 * @Last Modified by: yaohao
 * @Last Modified time: 2022-06-10 10:45:40
 */

module syn_rst(input clk, input rst, input d, output reg d_o);
  
 always @ (posedge clk) begin
	if (!rst) begin
		d_o <= 1'b0;
	end
    else begin
        d_o <= d; 
        end
        end
endmodule

异步复位

与同步复位相对应的异步复位则不受时钟的控制,由下图看出,异步复位多了一个rst复位线,于是电路可以随时进行复位。不受限于时钟上升沿的到来。
在这里插入图片描述
异步复位优缺点:

  1. 易于收敛数据,因为不需要时钟控制复位,功耗更低
  2. 毛刺的产生会导致电路异常复位
  3. 更容易产生亚稳态(当复位释放在时钟有效边沿附近时)

代码实现:

/*
 * @Author: yaohao 
 * @Date: 2022-06-10 10:36:38 
 * @Last Modified by: yaohao
 * @Last Modified time: 2022-06-10 10:39:50
 */
module asy_rst(input clk, input rst, input d, output reg d_o);
  
 always @ (posedge clk or negedge rst) begin
	if (!rst) begin
		d_o <= 1'b0;
	end
    else begin
        d_o <= d; 
        end
        end
endmodule

异步复位,同步释放

异步复位同步释放其实相当于将信号打两拍,避免异步复位释放引起的亚稳态。即使Q1输出信号为亚稳态,但是从触发器此时的数据输入接收的还是主触发器输出的Q1稳态的复位状态0。所以从触发器Q2的输出是稳定的复位状态0。打拍以后,主触发器已经从亚稳态状态恢复,输出的是稳定的工作状态电平了(d1=1)。此时从触发器采样的是稳定的工作状态电平,输出也是稳定的工作状态电平,复位完成。
在这里插入图片描述
代码实现:

/*
 * @Author: yaohao 
 * @Date: 2022-06-10 11:14:36 
 * @Last Modified by:   yaohao 
 * @Last Modified time: 2022-06-10 11:14:36 
 */

module asyn_rst(input clk, input rst, output reg d2);
  reg d1;
  
 always @ (posedge clk or negedge rst) begin
	if (!rst) begin
		d1 <= 1'b0;
		d2 <= 1'b0;
	end
	else begin
	   d1 <= 1'b1;
	   d2 <= d1;
	end
end

endmodule
<think>嗯,用户问的是同步复位异步释放异步复位同步释放的概念及区别,尤其是它们在FPGA和数字电路设计中的工作原理。首先,我需要确认这两个术语的正确定义,以及它们在电路中的具体实现方式。同步复位异步释放可能是指复位信号是同步的,但释放时是异步的?或者是不是有别的说法?可能用户在这里有笔误,因为常见的术语是“异步复位同步释放”(Asynchronous Reset Synchronous Release)。而同步复位异步释放可能不太常见,需要仔细核对。 接下来,我需要回顾一下同步复位异步复位的基本概念。同步复位是指复位信号在时钟边沿有效,而异步复位则立即生效,无需等待时钟。但是同步复位可能会因为时钟周期的问题导致复位不彻底,同时消耗更多逻辑资源,因为需要将复位信号合并到数据路径中。而异步复位虽然响应快,但可能存在复位释放时的亚稳态问题。 然后,异步复位同步释放(ARSR)是一种常见的优化方法,它的原理是异步复位,但在释放时通过同步器来避免亚稳态。也就是说,复位信号的撤销(释放)会经过两级触发器同步,确保释放时与时钟同步,从而避免复位撤消时由于时序问题导致的电路不稳定。 可能用户提到的“同步复位异步释放”实际上是同步复位,而释放的时候没有特别处理,仍然是同步的?或者可能是混淆了术语?需要明确这两个术语的正确定义。如果用户确实是想比较同步复位异步释放异步复位同步释放,可能前者并不常见,需要确认是否存在这样的设计方法。 在FPGA设计中,由于大多数触发器的复位端口是异步的,使用同步复位需要额外的逻辑资源,而异步复位同步释放则结合了异步复位的即时性和同步释放的稳定性。因此,异步复位同步释放被广泛采用,以避免亚稳态问题。 另外,需要解释这两种方法的工作原理,绘制简单的电路图或者时序图可能有助于理解。例如,异步复位同步释放的电路通常包括一个复位信号经过两个串联的触发器,确保释放时与时钟同步。而同步复位则直接将复位信号与数据逻辑结合,在时钟边沿生效。 同时,要指出它们的区别:复位信号的生效和释放方式、资源消耗、抗亚稳态能力、适用场景等。例如,同步复位可能在时钟无效时无法及时复位,而异步复位同步释放则在复位时立即生效,释放同步避免亚稳态。 需要确保回答中提到的每个概念都有明确的定义,并且对比它们的优缺点。同时,引用用户提供的参考内容,关于同步复位需要更长的有效时间,以及FPGA中DFF的异步复位端口,这些都需要结合到回答中,以增强可靠性。 最后,生成的相关问题需要围绕复位策略的应用、设计考虑、优化方法等,帮助用户进一步理解。</think>### 同步复位异步释放 vs 异步复位同步释放 #### 1. 基本概念 - **同步复位**:复位信号仅在时钟有效边沿生效,复位操作与时钟同步。例如: $$ \text{always @(posedge clk)} \quad \text{if (reset) ...} $$ 需要保证复位信号在时钟周期内保持稳定,否则可能无法正确复位[^1]。 - **异步复位**:复位信号立即生效,无需等待时钟边沿。例如: $$ \text{always @(posedge clk or posedge reset)} \quad \text{if (reset) ...} $$ 响应快,但释放时可能因亚稳态导致系统不稳定。 #### 2. 工作原理对比 - **异步复位同步释放 (ARSR)** - **复位阶段**:异步复位信号直接触发复位操作。 - **释放阶段**:通过两级触发器同步复位信号的撤销,确保释放与时钟同步。 ```verilog always @(posedge clk or posedge async_reset) if (async_reset) {sync_reg1, sync_reg2} <= 2'b11; else {sync_reg1, sync_reg2} <= {1'b0, sync_reg1}; ``` 最终输出 `sync_reset = sync_reg2`,释放时避免亚稳态。 - **同步复位异步释放 (不常见,可能为术语混淆)** 通常指复位信号同步生效,但释放时未做同步处理。这种方式可能因复位撤销时序不稳定导致风险,实际设计中较少使用。 #### 3. 核心区别 | **特性** | 异步复位同步释放 (ARSR) | 同步复位 | |------------------|------------------------------|-------------------------| | **复位响应速度** | 立即生效 | 需等待时钟边沿 | | **资源消耗** | 较低(利用DFF异步复位端口) | 较高(需插入组合逻辑) | | **亚稳态风险** | 释放时通过同步器规避 | 复位信号毛刺可能引发问题 | | **FPGA适用性** | 更优(匹配器件原生结构) | 需额外逻辑资源 | #### 4. FPGA设计建议 - **优先选择异步复位同步释放**:匹配FPGA的异步复位硬件结构,同时通过同步释放规避亚稳态。 - **避免纯异步复位**:复位撤销时可能因信号延迟差异导致逻辑状态不一致。
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