異步復(fù)位同步釋放有多個時鐘域時如何處理 異步復(fù)位同步釋放的策略

對于從FPGA外部進(jìn)來的信號，我們通常采用“異步復(fù)位同步釋放的策略”，具體電路如下圖所示。圖中src_arst是輸入異步復(fù)位信號，dest_arst是同步釋放的異步復(fù)位信號，其后負(fù)載為需要異步復(fù)位的觸發(fā)器。

從時序關(guān)系的角度來看，結(jié)合如下仿真波形，異步復(fù)位信號在藍(lán)色標(biāo)記的時鐘上升沿被釋放，所有觸發(fā)器將在紅色邊沿開始輸出D端口數(shù)據(jù)。

問題是如果后續(xù)觸發(fā)器公眾在不同的時鐘頻率下，這種方式是否仍能確保所有觸發(fā)器的異步復(fù)位信號在同一個時鐘上升沿被釋放？為便于說明，我們假定設(shè)計(jì)中有兩個時鐘，分別為100MHz和200MHz，均有同一個MMCM/PLL生成，即二者是同步時鐘（同相不同頻）。

第一種情況：同步器工作在100MHz時鐘的上升沿

在這種情況下，假定異步復(fù)位在標(biāo)記（1）被釋放，那么200M時鐘域下的觸發(fā)器將在標(biāo)記（3）開始輸出D端數(shù)據(jù)，而100M時鐘域下的觸發(fā)器則要在標(biāo)記（5）開始輸出D端數(shù)據(jù)，顯然，兩者并沒有在同一個時鐘沿下開始工作。

第二種情況：同步器工作在200MHz時鐘的上升沿

在這種情況下，如果異步復(fù)位是在標(biāo)記（3）釋放，那么100M時鐘域下的觸發(fā)器和200M時鐘域下的觸發(fā)器都將在標(biāo)記（5）結(jié)束復(fù)位，開始輸出D端口數(shù)據(jù)。

但是，如果復(fù)位是在標(biāo)記（1）釋放，如下圖所示，100M時鐘域下的觸發(fā)器將在標(biāo)記（5）輸出D端口數(shù)據(jù)，而200M時鐘域下的觸發(fā)器將在標(biāo)記（3）輸出D端口數(shù)據(jù)。

第三種情況：同步器工作在100MHz時鐘的下降沿

在這種情況下，同步器工作在100MHz時鐘的下降沿，但后續(xù)觸發(fā)器仍工作在時鐘的上升沿。如下圖所示。異步復(fù)位在標(biāo)記（3）釋放，那么100M時鐘域下的觸發(fā)器將在標(biāo)記（5）開始輸出D端口數(shù)據(jù)，200M時鐘域下的觸發(fā)器也在此刻輸出D端口數(shù)據(jù)，故兩者可以在同一個時刻開始釋放復(fù)位正常工作。

如果兩個時鐘是異步時鐘，都要使用外部提供的同一個復(fù)位信號，這時無法做到這兩個時鐘域下的觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)復(fù)位信號同步釋放。這是因?yàn)檫@兩個時鐘之間沒有明確的相位關(guān)系，這就造成同步器引發(fā)的延遲差是不確定的。這種情況下，我們需要對每個時鐘域添加同步器，生成各自時鐘域下的復(fù)位信號，如下圖所示。

審核編輯：劉清