大家好，談到同步復位和異步復位，那咱們就不得不來聊一聊復位這個詞了。在數(shù)字邏輯電路設計中，電路通過復位來啟動，復位猶如數(shù)字電路的“起搏器”。那在設計中，主要會出現(xiàn)以下三種類型的，一是無復位：天生就強壯著，上電就啟動；二是異步復位：好心人路過，隨便踢了一腳，起搏了，這完全沒有心理準備，隨時都有可能復活啊；三是同步復位：專業(yè)救援隊，手按住胸口，不起博按住不放啊。直到聽到“砰砰”聲才離開，非常關鍵，必須要按住一會會。
那下面咱們就來詳細聊聊這三種類型。
一、無復位
沒見過這樣寫代碼的，竟然沒有復位，老師都說數(shù)字電路離不開復位的，沒有復位，寄存器怎么賦初值啊？沒有確定的初值，這電路怎么工作呢？
其實，不用擔心，FPGA上電之后，寄存器初始值默認為“0”，當然，也可以人為的賦初值。下面為無復位的代碼舉例：


reg [7:0] a;

always @(posedge clk)
begin
a <= b;
end

如果沒有復位信號，省了很多資源，編譯和布線時間也縮短不少，如果規(guī)模很大，對提高設計整體性能也是有幫助的。但是在數(shù)字電路設計中，我們很少不用復位電路。到是我們經常利用FPGA這個特性，自己產生內部復位電路。

二、異步復位
異步復位電路描述：在always語句中添加復位信號在敏感量列表中，即可實現(xiàn)異步復位。下面為異步復位的代碼舉例以及電路圖舉例：


reg [7:0] a;

always @(posedge clk, posedge rst_n)
begin
if(rst_n)
begin
a <= 8’h0;
end
else
begin
a <= b;
end
end



異步復位的缺點：
異步復位對復位信號要求很嚴格的，不然隨便一個毛刺就會把電路給復位掉的。
另外，異步復位信號依賴于FPGA內部的傳導延時，因此，在微小的電壓或溫度差異下，設計都有可能輸出錯誤，設計的可移植性也很差。上面不是說了嘛，這隨便一腳提過來，有時候能感覺到，有時候感覺不到啊。冬天穿個大棉襖，就得使個大勁才能提醒。
正因為對不同寄存器延遲是不同的，所以容易引發(fā)間斷性設計問題。怎么理解呢？
如圖所示，2 bit的移位寄存器組成一個環(huán)，復位后，左邊寄存器清零，右邊寄存器置位，而且都在同一上升沿觸發(fā)，所以，如果左邊寄存器上升沿來的時候，復位信號已經釋放掉了，但是右邊寄存器還處于復位狀態(tài)，這個時候數(shù)據就錯誤。

異步復位的優(yōu)點：
異步復位不依賴于時鐘。所以如果時鐘是外部輸入的，而且時鐘有可能丟失，例如處于省電模式時，只能使用異步復位。
另外一個優(yōu)勢是設計更快的物理實現(xiàn)。相對于同步復位，異步復位有更寬松的時序約束。從而布局布線工具使用更少的時間便可達到約束條件。

三、同步復位
同步復位就是非常專業(yè)，不留一點馬虎，和他的名字一樣，只在時鐘的有效沿發(fā)生，所以一個有效的同步信號，至少要維持一個時鐘周期（把你叫不醒，是不會停的）。由于僅僅在時鐘的有效沿有效，所以可以濾除復位信號上的毛刺，電路可靠性好很多。下面為同步復位的代碼舉例：


reg [7:0] a;

always @(posedge clk)
begin
if(rst_n)
begin
a <= 8’h0;
end
else
begin
a <= b;
end
end


所以，總結一下。其優(yōu)點是“彌補了異步復位的所有缺點”，其缺點是“沒有異步復位的優(yōu)點“”。這個總結夠簡單吧。

總結

我們熟悉了3種復位方式，了解了他們的脾氣，那就總結一下，在我們平時設計中如何使用他們。

盡量用同步復位，如果你的規(guī)模不是特別大，雖然占有布線資源多一點，但是對系統(tǒng)可靠性還是有幫助的。

規(guī)模很大的時候，可以考慮混和復位方式，在什么場合呢？比如說設計中有多個IP核和功能模塊，要求有不同的復位方式，這個時候就要求混和復位方式，另外，還有電路延遲，大型電路中兩個模塊之間信號延遲可能超過10ns，如果時鐘周期為3ns，需要3個時鐘周期才能通過，所以，大型設計中完全同步是非常不容易的。如圖所示為一個復雜的混和復位樹。各種復位都用上了。


各位，加油，共同進步！