常见的FPGA复位设计

常见的FPGA复位设计在FPGA设计中，当复位整个系统或功能模块时，需要将先关寄存器被清零或者赋初值，以保证整个系统或功能运行正常。在大部分的设计中，我们经常用“同步复位”或“异步复位”直接将所有的寄存器全部复位，这部分可能大家都习以为常。但实际上，是否需要每个寄存器都进行复位呢？这是一个值得探讨的问题。一、为什么需要进行复位？在FPGA设计中，复位是一个基本操作。复位的目的是将FPGA的寄存器清零或赋初值，以确保仿真或正常上板运行时正常，以防止出现不确定的运行状态。需要注意的是，FPGA中可编程逻辑块和寄存器，可能运行在不同的时钟和状态下，在某些功能突然停止运行时，可能处于未知状态，如果不按照预期的方式进行复位操作，FPGA可能无法正常工作。如果需要了解同步复位与异步复位，请看这篇文章：FPGA中的异步复位、同步复位与异步复位同步释放。二、常见的复位设计根据复位方式的不同，FPGA复位信号可以分为外部复位和内部复位两种，复位信号也要分为高电平复位有效或低电平复位有效。1、外部复位外部复位是指由硬件按键或芯片产生的复位信号，也可由软件产生，但这些信号往往与FPGA内部各个时钟信号异步。2、内部复位内部复位是由FPGA内部逻辑产生的复位信号，例如在上电后自动复位或识别到某种内部命令后自发产生复位信号。这些复位信号相对于某一时钟域往往是同步的，但如果存在多个时钟域，也可能会存在异步复位信号的情况。对于一个正常的FPGA系统来说，上电自动复位和手动按键复位都是必须的，二者相辅相成。除此之外，我们还需要根据实际情况确定是否需要对每个寄存器进行复位操作，以及选择适当的复位方式和控制复位操作的时机。在进行FPGA复位设计时，还需要注意复位电路的功耗，以减少不必要的功耗损失。注意：软复位逻辑需要注意复位信号持续时间，比如一般fifo复位至少需要保持8个周期以上。3、复位信号特点（1）复位网络需要占用布线资源，会使得剩余的布线资源变少，对于布线设计带来挑战。

（2）复位信号的引入可能会对其他信号的布线自由度造成限制，这意味着布线可能需要更多的代价才能成功完成。

（3）复位网络占用大量的布局网络资源，会导致Place&Route的时间大大增加。

（4）复位信号需要占用额外的逻辑资源，可能会影响整个FPGA芯片设计的资源消耗。

（5）需要使用触发器的专用复位管脚才能实现复位信号的输入，这也会占用有限的管脚资源。

（6）可操作的复位信号往往需要在D触发器输入前增加额外的门操作或专用的复位信号输入，可能会降低系统性能。（7）大量的使用全局复位，复位信号将变成一个高扇出的信号，这对时序收敛无疑是一个巨大的挑战4、寄存器复位与赋初值FPGA的内部资源（触发器和RAM）等都会在上电后默认赋初值，一般是0，也可以在定义寄存器时赋初值，如：reg[1:0]test='d2;//定义时赋初值以上这个赋初值操作实际意义不大，但只在系统上电后有效，当FPGA中系统运行起来后，这个变量的值处于变化的状态，还是需要通过复位信号或者使能信号来控制将信号复位。三、是否需要对每个寄存器都进行复位？FPGA复位需要消耗FPGA内部资源，也会影响FPGA布线和时序收敛，所以对于每个寄存器都进行复位并不是最优方案，比如寄存器变量延迟几拍、有使能信号或有效信号控制的信号变量等情况都可以不做复位处理，如下所示：moduletest(inputclk,inputrst,inputdata_valid_i,inputdata_i,outputregdata0_valid_o,outputregdata0_o,outputregdata1_valid_o,outputregdata1_o,outputregdata2_valid_o,outputregdata2_o);regd_r0,d_r1;always@(posedgeclk)begind_r0<=data_i;d_r1<=d_r0;​endalways@(posedgeclk)begindata0_valid_o<=data_valid_i;if(data_valid_i)begindata0_o<=data_i;endelsebegindata0_o<='b0;endendalways@(posedgeclk)beginif(rst)begindata1_valid_o<='b0;data1_o<='b0;endelsebegindata1_valid_o<=data_valid_i;if(data_valid_i)begindata1_o<=data_i;endelsebegindata1_o<='b0;endendendalways@(posedgeclkorposedgerst)beginif(rst)begindata2_valid_o<='b0;data2_o<='b0;endelsebegindata2_valid_o<=data_valid_i;if(data_valid_i)begindata2_o<=data_i;endelsebegin