淺談RTL設(shè)計(jì)風(fēng)格及Verilog編碼規(guī)范

一、同步設(shè)計(jì)

1.1 時(shí)鐘的同步設(shè)計(jì)

關(guān)注問題：

（1）設(shè)計(jì)中盡可能使用單時(shí)鐘和單時(shí)鐘邊沿觸發(fā)

（2）不要使用例如“與”“或”門這些基本單元來生成RS鎖存或者FF

（3）不要在組合邏輯中引入反饋電路

在HDL設(shè)計(jì)中使用同步設(shè)計(jì)思想以及邏輯綜合工具。使用異步時(shí)鐘會(huì)讓更加精確的時(shí)序約束變得困難，因此，盡可能利用單個(gè)時(shí)鐘和單邊沿。（使用單個(gè)時(shí)鐘在多數(shù)設(shè)計(jì)中很難實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)中盡量減少時(shí)鐘數(shù)量以減輕分析的復(fù)雜度）

盡管可以使用基本門來實(shí)現(xiàn)RS或FF，但時(shí)序分析工具會(huì)把它視作對(duì)組合電路的反饋，如果無法避免，則需要使用set_disable_timing設(shè)置來避免時(shí)序分析期間反饋環(huán)路的影響。

避免在內(nèi)部電路生成異步時(shí)鐘，如果需要生成這樣的時(shí)鐘，那么推薦在生成時(shí)鐘的FF輸出端使用create_clock來指定時(shí)鐘。

避免反饋跨越異步復(fù)位，同樣的，避免使用門控時(shí)鐘和門控復(fù)位。

二、 復(fù)位問題

2.1 使用異步復(fù)位作為初始的復(fù)位

關(guān)注問題：

（1）使用同步復(fù)位電路可能會(huì)導(dǎo)致綜合器生成無法正確復(fù)位的電路，同時(shí)，同步復(fù)位會(huì)在數(shù)據(jù)路徑引入復(fù)位信號(hào)（延遲讓時(shí)序變得困難），在多時(shí)鐘系統(tǒng)中可能需要計(jì)數(shù)器來保證復(fù)位信號(hào)寬度。但同步復(fù)位并不是完全沒有優(yōu)點(diǎn)，比如，保證系統(tǒng)是完全同步的，可以濾除掉復(fù)位信號(hào)的一些小毛刺，同步復(fù)位需要更少的觸發(fā)器等等，這些問題整理詳細(xì)文章討論。

（2）使用異步復(fù)位對(duì)寄存器進(jìn)行初始的復(fù)位會(huì)更加安全

（3）除了復(fù)位功能外，復(fù)位/置位的引腳不要用作它途

（4）在同一個(gè)復(fù)位線路上禁止同時(shí)使用同步復(fù)位和異步復(fù)位

（5）一個(gè)FF盡量不使用異步復(fù)位和異步置位

異步復(fù)位示例：

always結(jié)構(gòu)僅會(huì)由時(shí)鐘上升沿以及低有效的復(fù)位信號(hào)觸發(fā)

always @（posedge CLK or negedge RST_X） if （！RST_X） Q 《= 1‘b0; else Q 《= DATA;

請(qǐng)注意上面表述的是初始復(fù)位（Initial reset）推薦使用異步復(fù)位。異步復(fù)位的時(shí)序分析比較困難，因?yàn)闀r(shí)序路徑會(huì)被切斷，從而沒有考慮到B的復(fù)位輸入到寄存器B的輸出Q的時(shí)序。同時(shí)，A的輸出到B異步復(fù)位的的時(shí)序也不會(huì)被分析。

2.2 復(fù)位問題

注意問題：

（1）不要在復(fù)位路徑引入邏輯電路

例：

reg［4:0］ count; wire REN_X，EN_X，count32_x，ctl_x; assign count32_x = ~（& count） | ctl_x; assign REN_X = EN_X | count32_x; always @（ posedge CLK or negedge REN_X ） if（REN_X == 1’b0） Q 《= 1‘b0; else Q 《= D;

當(dāng)組合邏輯產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)時(shí)，由于優(yōu)化的原因，使能信號(hào)可能會(huì)和FF分離，并且不排除危險(xiǎn)信號(hào)驅(qū)動(dòng)復(fù)位信號(hào)的可能性（FF可能會(huì)以意外的時(shí)序復(fù)位）。如上圖所示，即使在RTL描述中的FF復(fù)位信號(hào)前插入了使能邏輯，也可能會(huì)發(fā)生這種情況。并且一旦發(fā)生這種問題，很難排查?？偠灾O(shè)計(jì)電路不要總依賴綜合工具的優(yōu)化。

2.2.1 噪聲，毛刺

復(fù)位信號(hào)不排除會(huì)被噪聲干擾，產(chǎn)生一些毛刺，因此，推薦使用濾波，但引入濾波也不是必須的，視情況而定。下圖是高有效復(fù)位的濾波電路

如果是低有效復(fù)位？

濾波波形原理：

2.2.2 亞穩(wěn)態(tài)問題

以低有效異步復(fù)位為例，如果復(fù)位信號(hào)在時(shí)鐘沿釋放（或附近），不滿足Recovery Time以及Removal Time，會(huì)出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)，所謂復(fù)位恢復(fù)時(shí)間就是，復(fù)位釋放的時(shí)間距離時(shí)鐘沿（上升沿）的時(shí)間，復(fù)位移除時(shí)間就是，復(fù)位釋放的時(shí)間距離時(shí)鐘沿（上升沿）的時(shí)間。和數(shù)據(jù)建立時(shí)間保持時(shí)間一樣，都要滿足一定的時(shí)序要求。這是需要關(guān)注的問題。

2.2.3 同步器/異步復(fù)位同步釋放

module async_resetFFstyle2 （ output reg rst_n， input clk， asyncrst_n）; reg rff1; always @（posedge clk or negedge asyncrst_n） if （！asyncrst_n） {rst_n，rff1} 《= 2’b0; else {rst_n，rff1} 《= {rff1，1‘b1}; endmodule

外部的復(fù)位信號(hào)進(jìn)入推薦使用異步復(fù)位同步釋放，下面是代碼綜合出的電路圖，這種設(shè)計(jì)有它的優(yōu)勢(shì)。

編輯：jq