淺談RTL設計風格及Verilog編碼規(guī)范

一、同步設計

1.1 時鐘的同步設計

關注問題：

（1）設計中盡可能使用單時鐘和單時鐘邊沿觸發(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設計中使用同步設計思想以及邏輯綜合工具。使用異步時鐘會讓更加精確的時序約束變得困難，因此，盡可能利用單個時鐘和單邊沿。（使用單個時鐘在多數(shù)設計中很難實現(xiàn)，在設計中盡量減少時鐘數(shù)量以減輕分析的復雜度）

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

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

避免反饋跨越異步復位，同樣的，避免使用門控時鐘和門控復位。

二、 復位問題

2.1 使用異步復位作為初始的復位

關注問題：

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

（2）使用異步復位對寄存器進行初始的復位會更加安全

（3）除了復位功能外，復位/置位的引腳不要用作它途

（4）在同一個復位線路上禁止同時使用同步復位和異步復位

（5）一個FF盡量不使用異步復位和異步置位

異步復位示例：

always結構僅會由時鐘上升沿以及低有效的復位信號觸發(fā)

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

請注意上面表述的是初始復位（Initial reset）推薦使用異步復位。異步復位的時序分析比較困難，因為時序路徑會被切斷，從而沒有考慮到B的復位輸入到寄存器B的輸出Q的時序。同時，A的輸出到B異步復位的的時序也不會被分析。

2.2 復位問題

注意問題：

（1）不要在復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;

當組合邏輯產(chǎn)生復位信號時，由于優(yōu)化的原因，使能信號可能會和FF分離，并且不排除危險信號驅動復位信號的可能性（FF可能會以意外的時序復位）。如上圖所示，即使在RTL描述中的FF復位信號前插入了使能邏輯，也可能會發(fā)生這種情況。并且一旦發(fā)生這種問題，很難排查?？偠灾O計電路不要總依賴綜合工具的優(yōu)化。

2.2.1 噪聲，毛刺

復位信號不排除會被噪聲干擾，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。下圖是高有效復位的濾波電路

如果是低有效復位？

濾波波形原理：

2.2.2 亞穩(wěn)態(tài)問題

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

2.2.3 同步器/異步復位同步釋放

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

外部的復位信號進入推薦使用異步復位同步釋放，下面是代碼綜合出的電路圖，這種設計有它的優(yōu)勢。

編輯：jq