先給出 Xilinx 復(fù)位準(zhǔn)則 ：

（1）盡量少使用復(fù)位，特別是少用全局復(fù)位，能不用復(fù)位就不用，一定要用復(fù)位的使用局部復(fù)位；

（2）如果必須要復(fù)位，在同步和異步復(fù)位上，則盡量使用同步復(fù)位，一定要用異步復(fù)位的地方，采用“異步復(fù)位、同步釋放”；

（3）復(fù)位電平選擇高電平復(fù)位；

（這里說明，由于 Altera 和 Xilinx 器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，Altera 的 FPGA 推薦低電平復(fù)位）

Global Reset Isn't Timing-Critical

全局復(fù)位的典型驅(qū)動(dòng)：

（1）按鍵開關(guān)：復(fù)位信號(hào)接一個(gè)按鍵，反應(yīng)非常慢（ms級(jí)別），并且非常不確定（按鍵抖動(dòng)？）；

（2）電源狀態(tài)輸出：上電后由電源芯片產(chǎn)生一個(gè)監(jiān)測(cè)信號(hào)復(fù)位系統(tǒng)，可以長(zhǎng)時(shí)間的保持，直到電源穩(wěn)定后進(jìn)行正常工作；

（3）微處理器等控制芯片：控制芯片產(chǎn)生復(fù)位脈沖；

以上所有情況下，復(fù)位信號(hào)似乎是緩慢的，因此，我們也可以有把握地認(rèn)為，它對(duì)時(shí)序不會(huì)造成關(guān)鍵影響。當(dāng)為您的FPGA設(shè)計(jì)指定定時(shí)約束時(shí)，這個(gè)信號(hào)通常會(huì)被分配一個(gè)長(zhǎng)周期(低頻)。

但是，全局復(fù)位不是時(shí)序關(guān)鍵的假設(shè)并不全對(duì)，隨著時(shí)鐘頻率的增加，全局復(fù)位對(duì)時(shí)序會(huì)帶來很大的影響。

雖然復(fù)位脈沖可以用比時(shí)鐘周期更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，并保證所有觸發(fā)器都可以被成功復(fù)位，但是復(fù)位信號(hào)的釋放應(yīng)該被認(rèn)為是一個(gè)時(shí)間關(guān)鍵事件。

FPGA內(nèi)部的全局置位/復(fù)位(GSR)信號(hào)也是一個(gè)全局復(fù)位，這也是FPGA器件內(nèi)部的一個(gè)高扇出網(wǎng)絡(luò)（high fan-out）。在一個(gè)設(shè)計(jì)中，雖然啟動(dòng)序列可以與“用戶時(shí)鐘”同步，但不能保證它不能與所有時(shí)鐘都同步。FPGA器件有多個(gè)DLL/DCM/PLL模塊，每個(gè)模塊都能夠產(chǎn)生多個(gè)不同頻率和相位的時(shí)鐘。

在圖1中，一個(gè)復(fù)位信號(hào)在兩個(gè)時(shí)鐘邊沿之間的某個(gè)時(shí)間被釋放。復(fù)位信號(hào)經(jīng)過一段時(shí)間傳播到各種觸發(fā)器，在每個(gè)觸發(fā)器中，復(fù)位信號(hào)都應(yīng)該在下一個(gè)有效的時(shí)鐘邊沿的“Set-up time”（建立時(shí)間）前就無效。很明顯，當(dāng)時(shí)鐘頻率上升時(shí)，可以用來分配給復(fù)位信號(hào)釋放的時(shí)間就會(huì)減少。考慮到復(fù)位信號(hào)是一個(gè)高扇出網(wǎng)絡(luò)，所以復(fù)位釋放的時(shí)序不易收斂。

如果復(fù)位的釋放與時(shí)鐘異步(通常就是這種情況)，那么就無法保證所有觸發(fā)器都能在同一個(gè)時(shí)鐘邊緣釋放(圖2)。

當(dāng)在A時(shí)刻釋放reset時(shí)，觸發(fā)器將在第一個(gè)時(shí)鐘邊沿檢測(cè)到有效的釋放信號(hào)；在C時(shí)刻釋放reset時(shí)，復(fù)位的釋放將直到下一個(gè)時(shí)鐘邊沿才被檢測(cè)到；B時(shí)刻時(shí)鐘上升沿時(shí)觸發(fā)器檢測(cè)到的reset狀態(tài)很難確定（可能高電平，也可能低電平），可能導(dǎo)致亞穩(wěn)態(tài)。

隨著時(shí)鐘頻率的提高和與大型器件潛在****的 分布傾斜，幾乎不可避免的是， 無法保證所有的觸發(fā)器的復(fù)位都能在同一個(gè)時(shí)鐘邊沿 被釋放 (圖3)。

Does It Really Matter?

好消息是，在99.99%的情況下，全局復(fù)位的異步釋放對(duì)系統(tǒng)沒什么影響，所以大多數(shù)電路都能正常工作。如果一個(gè)電路不工作，那可能恰好是遇到了另外的0.01%，不幸地在錯(cuò)誤的時(shí)間釋放了復(fù)位。

在圖4所示的流水線場(chǎng)景中，復(fù)位釋放的時(shí)間并不重要。

當(dāng)數(shù)據(jù)通過流水線進(jìn)程時(shí)，復(fù)位的釋放時(shí)間無關(guān)緊要。即使出現(xiàn)了錯(cuò)誤，在經(jīng)過一定時(shí)鐘周期后整個(gè)系統(tǒng)就能恢復(fù)。這種情況下，復(fù)位是沒有意義的。當(dāng)有效的數(shù)據(jù)輸入時(shí)，初始狀態(tài)或者未知的狀態(tài)將從系統(tǒng)中清除。

但是，在圖5顯示了獨(dú)熱碼狀態(tài)機(jī)場(chǎng)景中復(fù)位釋放的時(shí)間非常重要。

在上面的獨(dú)熱碼狀態(tài)機(jī)中，有明顯的失敗可能性。如果第一個(gè)觸發(fā)器在第二個(gè)觸發(fā)器的前一個(gè)時(shí)鐘周期釋放，那么獨(dú)熱碼的熱狀態(tài)將丟失，狀態(tài)機(jī)將永遠(yuǎn)變冷（狀態(tài)機(jī)無法恢復(fù)）。將所有的觸發(fā)器盡可能的靠近布局能夠降低錯(cuò)誤的發(fā)生概率(在局部重置網(wǎng)絡(luò)上的低傾斜)。然而，除非Set-up timie建立時(shí)間得到保證，否則這種錯(cuò)誤情況仍有可能發(fā)生。如果所有觸發(fā)器沒有在同一個(gè)時(shí)鐘周期中釋放，編碼后的狀態(tài)機(jī)可能進(jìn)入意外狀態(tài)或則會(huì)非法狀態(tài)。

最后，需要仔細(xì)考慮復(fù)位的是包含反饋路徑的電路。

沒有反饋的電路實(shí)際上根本不需要復(fù)位 。在數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用中，有限脈沖響應(yīng)濾波器(FIR)是沒有反饋的。在有效數(shù)據(jù)填充了所有的抽頭之前，輸出樣本實(shí)際上沒有有效的值，所以復(fù)位抽頭寄存器沒有任何效果。然而，無限脈沖響應(yīng)濾波器(IIR)包含反饋。如果因?yàn)?/strong>不干凈的復(fù)位釋放而產(chǎn)生****了一些不符合預(yù)期的 輸出， 該輸出結(jié)果又會(huì)返回到輸入，那么會(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)無法獲取真實(shí)的****輸出 結(jié)果（反饋環(huán)路互相影響了） 。在最壞的情況下，由于不穩(wěn)定，濾波器可能會(huì)完全失效 。