Xilinx 復位準則：Xilinx FPGA復位策略

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

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

（3）復位電平選擇高電平復位；

（這里說明，由于 Altera 和 Xilinx 器件內部結構的不同，Altera 的 FPGA 推薦低電平復位）

一、異步復位同步釋放

針對異步復位、同步釋放，一直沒搞明白在使用同步化以后的復位信號時，到底是使用同步復位還是異步復位？

比如針對輸入的異步復位信號rst，使用本地時鐘clk將其同步化以后得到一個新的復位信號sys_rst，當使用sys_rst時，是將sys_rst作為同步復位信號還是異步復位信號？

always @（posedge clk or posedge rst） begin if（rst）begin rst_r0 《 = 1‘b1; rst_r1 《 = 1’b1; end else begin rst_r0 《 = 1‘b0; rst_r1 《 = rst_r0; end end assign sys_rst = rst_r1;

如下圖所示，選方式1還是方式2？

針對此問題查找了很多資料，網絡上多是將sys_rst繼續按照方式1異步復位使用，Xilinx復位白皮書wp272中提到的異步復位同步釋放 如圖所示：

對于輸入的異步復位Asynchronous Reset，首先使用了4個觸發器來做同步（一般用2個即可，4個出現亞穩態的概率更小），觸發器類型為FDP（異步置位），同步化以后的復位信號去使用時綜合出的觸發器類型為FDR（同步復位），即在Xilinx中是將sys_rst按照方式2同步復位使用。

使用FDP異步置位的原因是因為Xilinx推薦高電平復位，當異步復位信號到來時，輸出復位電平“1”，即異步置位FDP，當復位消失后，D觸發器在每個時鐘邊沿輸出前一級觸發器的值，一定周期后，最后一級的FDP穩定輸出“0”。

使用Xilinx A7系列FPGA實現異步復位、同步釋放代碼，確定同步化后的復位使用情況。

二、Xilinx復位程序對比

1. 將同步化后的復位當作異步復位信號

/******FPGA探索者******/ always @（posedge clk or posedge rst_async） begin if（rst_async == 1’b1） begin rst_sync_reg1 《= 1‘b1; rst_sync_reg2 《= 1’b1; rst_sync_reg3 《= 1‘b1; rst_sync_reg4 《= 1’b1; end else begin rst_sync_reg1 《= 1‘b0; rst_sync_reg2 《= rst_sync_reg1; rst_sync_reg3 《= rst_sync_reg2; rst_sync_reg4 《= rst_sync_reg3; end end wire sys_rst; assign sys_rst = rst_sync_reg4; always @（posedge clk） begin if（sys_rst == 1’b1） begin data_out_rst_async 《= 1‘b0; end else begin data_out_rst_async 《= a & b & c & d; end end

綜合并布局布線后的原理圖如圖所示，顯然，綜合后對sys_rst復位，將其作為異步復位綜合出FDCE同步使能異步復位（這里不考慮使能），和白皮書WP272給出的參考電路顯然不一致。

2. 將同步化后的復位當作同步復位信號

/******FPGA探索者******/ always @（posedge clk or posedge rst_async） begin if（rst_async == 1’b1） begin rst_sync_reg1 《 = 1‘b1; rst_sync_reg2 《 = 1’b1; rst_sync_reg3 《 = 1‘b1; rst_sync_reg4 《 = 1’b1; end else begin rst_sync_reg1 《 = 1‘b0; rst_sync_reg2 《 = rst_sync_reg1; rst_sync_reg3 《 = rst_sync_reg2; rst_sync_reg4 《 = rst_sync_reg3; end end wire sys_rst; assign sys_rst = rst_sync_reg4; always @（posedge clk） begin if（sys_rst == 1’b1） begin data_out_rst_async 《 = 1‘b0; end else begin data_out_rst_async 《 = a & b & c & d; end end

綜合并布局布線后的原理圖如圖所示，顯然，綜合后對sys_rst復位，將其作為同步復位綜合出FDRE同步使能異步復位（這里不考慮使能），和白皮書WP272給出的參考電路一致。

異步復位相比較同步復位，在Xilinx的FPGA中資源是一致的，異步復位的優勢在于復位信號一來就能檢測到，不需要保持至少一個時鐘周期才能在時鐘邊沿檢測到，通過仿真來驗證上述電路是否能實現異步復位一來就能檢測到。

三、仿真結果

設置時鐘50MHz，時鐘周期20ns，給一個持續時間3ns的異步復位信號，且持續時間均不出現在時鐘上升沿檢測期間，可以看到：

（1）rst_async異步復位一旦給出，用于同步的4個寄存器rst_sync_reg1~4立刻輸出高電平“1”，在下一個時鐘上升沿檢測到同步復位并將輸出data_out_rst_async復位；

（2）異步復位信號釋放后，經過同步的sys_rst經過一定周期后在時鐘邊沿同步釋放；

按照同樣的復位，將sys_rst看作異步復位，仿真結果如下，相比于上圖，區別在于異步復位信號rst_async一旦產生，輸出立刻復位，且同樣是同步釋放，好像這種處理才更符合異步復位、同步釋放。。。。。。

那么為什么Xilinx白皮書還是將sys_rst按照同步復位去做的呢？難道寫錯了？

綜合考慮可能有這樣的因素：

（1）當作同步復位的差別只在于復位時間會稍晚一些，要在時鐘的下一個邊沿檢測到，但是還是能夠識別到輸入的rst_async異步復位信號，所以從復位角度來說，都能夠后實現復位效果；

（2）根據Xilinx復位準則，我們知道同步復位相比異步復位有很多好處，具體參見：Xilinx FPGA 復位策略白皮書，既然兩者對后級復位沒有功能上的差別，那么優先選擇同步復位；

經過異步復位同步釋放處理后，相比于純粹的異步復位，降低了異步復位信號釋放導致亞穩態的可能性；相比同步復位，能夠識別到同步復位中檢測不到的復位信號（如上圖所示的rst_async在同步復位是檢測不到的）；綜合兩者的優勢，異步復位同步釋放。

四、Altera復位

Altera還是把這個同步后的復位當作異步復位來用的，且推薦低電平復位。

從上面的分析來看，這里當作異步復位還是同步復位對于復位結果本身沒有太大的影響，區別在于Xilinx是推薦同步復位來節省資源（比如DSP48E或BRAM，異步復位比同步復位耗資源），而Altera的FPGA中帶異步復位的觸發器，想要同步復位需要消耗更多的資源。

編輯：lyn