在FPGA開(kāi)發(fā)中盡量避免全局復位的使用？（1）

最近幾天讀了Xilinx網(wǎng)站上一個(gè)很有意思的白皮書(shū)（white paper，wp272.pdf），名字叫《Get Smart About Reset:Think Local, Not Global》，在此分享一下心得，包括以前設計中很少注意到的一些細節。
在數字系統設計中，我們傳統上都認為，應該對所有的觸發(fā)器設置一個(gè)主復位，這樣將大大方便后續的測試工作。所以，在所有的程序中，我往往都在端口定義中使用同一個(gè)reset信號（其實(shí)好多時(shí)候根本就沒(méi)有用到）。所以，當看到文檔中提到，“不建議在FPGA設計中使用全局復位，或者說(shuō)應該努力避免這種設計方式”時(shí)，許多設計人員（包括我）都會(huì )覺(jué)得非常難以理解，這種設計思想跟我們通常的認識是相沖突的！
繼續讀下去，不知不覺(jué)發(fā)現這個(gè)白皮書(shū)講的還真是在理。接下來(lái)把我的個(gè)人理解講述一下。
1.全局復位是不是關(guān)鍵時(shí)序？
全局復位信號一般由以下三種途徑獲得：
1. 第一種，最常見(jiàn)的，就是用一個(gè)復位按鈕產(chǎn)生一個(gè)復位信號接到FPGA的全局復位管腳上。它的速度顯然是非常慢的（因為是機械結構），而且存在抖動(dòng)的問(wèn)題。
2. 第二種是上電的時(shí)候由電源芯片產(chǎn)生的，如TI的TPS76x系列的電源系統一般都可以產(chǎn)生復位信號，供主芯片上電復位使用。
3. 第三種是由控制芯片產(chǎn)生的復位脈沖，這個(gè)是我們設計人員可以方便使用程序控制的。
在這些情況下，復位信號的變化與FGPA芯片內部信號相比看起來(lái)是及其緩慢的，例如，復位按鈕產(chǎn)生的復位信號的周期至少是在毫秒級別的，而我們FPGA內部信號往往是納米或者微秒級別的。復位信號的頻率是如此之低，以至于我們任務(wù)它不屬于關(guān)鍵時(shí)序（not TIming-criTIcal）。即使是對此類(lèi)信號進(jìn)行時(shí)序約束，約束的周期也是非常長(cháng)的。全局復位脈沖的周期遠大于時(shí)鐘周期，所以傳統意義上假設FPGA芯片中所有的觸發(fā)器都能夠得到有效的復位。
然而，隨著(zhù)FPGA性能和工作頻率的快速提高，這種假設開(kāi)始不再成立。此時(shí)，全局復位信號的產(chǎn)生開(kāi)始成為時(shí)序關(guān)鍵的問(wèn)題。