RTL设计基础（一）

数字IC系统逻辑设计这部分主要介绍两个方面，一个是RTL的设计基础；另一方面是verilog基本语法。这一篇文章主要介绍一下RTL的设计基础。

RTL设计都是采用同步电路设计方式，了解同步电路的设计要求是RTL设计的第一步。下图是一个同步电路的示例：

其中，组合逻辑实现设计所需要的功能，寄存器用于暂存数据用时钟控制。只有当时钟进行有效跳变时，才将新的数据所存起来，否则数据保持原值。时钟相当于同步电路中的指挥。时钟一般是由晶振产生，或者由外部输入，如果需要还需要用锁相环进行倍频、相移等操作。

下面对寄存器做一个介绍，一个寄存器的结构如下图所示：

寄存器的功能如下图所示：

由图可得，该寄存器在时钟的跳变沿锁存数据，然后数据会保持直到下一个跳变沿。寄存器要正常工作，必须保证D端的数据变化与时钟的有效沿不能距离太近，否则有可能锁存错误的数据。在综合库中，规定了数据变化端跟时钟跳变沿最短的时间要求，即建立时间约束和保持时间约束。建立时间规定，在时钟沿到达前的某段时间内，数据必须稳定；保持时间定义了在时钟沿之后的某段时间之后，数据才能发生变化。如下图所示：

对于一个寄存器来说，除了数据端与时钟端有时序要求。异步复位端与时钟端也有要求。假设一个寄存器是已不复位的，复位信号低电平有效。当复位信号是低电平时，寄存器被初始化。当异步复位信号跳高时，寄存器在时钟跳变沿锁存新的数据。如果异步复位信号跳高的时刻距离时钟有效沿太近，寄存器可能继续保持复位状太，也可能锁存新的数据。因此有必要定义时钟有效沿与异步复位无效沿之间的时序要求，这就是recovery/removal的时序要求，如图所示;

寄存器中建立时间/保持时间、recovery/removal的时序要求，对设计的最大组合逻辑延时、时钟树的构造、复位树的构造都提出了要求。复位树、时钟树一般由后端工具进行处理。对RTL设计者来说，最需关注的是建立时间的问题。设计中的时序违例通过静态时序分析工具可以检查出来。

在IC系统中，复位的目的是为了将芯片强制到一个已知的状态。同步复位与异步复位都能达到这个目的。两者的差别在于：同步复位需要时钟有效沿到达时才能起作用，而异步复位不需要。如下，是同步复位电路:

同步复位的优点在于：

1）在采用基于周期的仿真器场合，同步复位简单

2）寄存器可以滤掉复位上的毛刺

缺点：1）需要时钟，在某些场合带来不便。假如设计中包含三态总线，总线上接着许多寄存器。当上电后，晶振还未起振，锁相环还未稳定，这时候没有时钟，所以复位还没有起作用，因此会导致总线上发生冲突。只有增加上电复位电路才能解决此问题。

2）采用同步复位，复位成为路径组合逻辑的一部分，由于复位的负载比较大，因此会使得复位树的延迟比较大，从而导致在路径上的延迟比较大。

异步复位的优点是不需要时钟，且复位不会影响到路径延时。缺点是：复位上的毛刺不能被由它复位的寄存器过滤掉；复位的无效沿与时钟之间存在时序要求。

将同步复位和异步复位优点结合起来：给出了一种异步复位，同步释放的复位方法，如下图所示：

该电路的原理是：当复位信号有效时，两个同步器都为低，因此同步器的输出立即变低，而不管此时是否存在时钟。当复位信号变高后，经过时钟跳变沿后才能将高电平锁存到同步器的输出，也就是说，同步器的输出的无效沿是与时钟同步的。

RTL设计基础（一）相关推荐

tb文件 vivado_Vivado FPGA设计基础操作流程:Vivado的基本使用
Vivado FPGA设计基础操作流程当然在介绍的过程当中会给大家推荐一些对于工具深入使用的Xilinx官网资料.这里以流水灯的控制为例. Vivado的基本使用 (一) 打开Vivado新建工程: ...
硬件工程师面试集锦模拟电路数字电路 IC设计基础单片机信号与系统 DSP 嵌入式
模拟电路 1.基尔霍夫定理的内容是什么?(仕兰微电子) 2.平板电容公式(C=εS/4πkd).(未知) 3.最基本的如三极管曲线特性.(未知) 4.描述反馈电路的概念,列举他们的应用 ...
(转)硬件工程师面试集锦模拟电路数字电路 IC设计基础单片机信号与系统 DSP 嵌入式
模拟电路 1.基尔霍夫定理的内容是什么?(仕兰微电子) 2.平板电容公式(C=εS/4πkd).(未知) 3.最基本的如三极管曲线特性.(未知) 4.描述反馈电路的概念,列举他们的应用.(仕兰 ...
2018-2019-1 20165214 《信息安全系统设计基础》第六周学习总结
20165214 2018-2019-1 <信息安全系统设计基础>第六周学习总结教材学习内容总结 1.输入操作是从I/O设备复制数据到主存,而输出操作是从主存复制数据到I/O设备 2.U ...
2017-2018-1 20155204 《信息安全系统设计基础》第十一周学习总结
2017-2018-1 20155204 <信息安全系统设计基础>第十一周学习总结教材学习内容总结 9.1物理和虚拟地址物理地址:计算机系统的主存被组织成一个人由M个连续的字节到校的单 ...
2017-2018-1 20155202 《信息安全系统设计基础》第9周学习总结
2017-2018-1 20155202 <信息安全系统设计基础>第9周学习总结第6章存储器层次结构教材学习内容总结随机访问存储器(Random-AccessMem)分为两类:静态 ...
c语言程序设教材计乌云高娃,C语言程序设计教学课件作者第3版乌云高娃演示文稿C语言程序设计教学课件作者第3版乌云高娃演示文稿演示文稿第1章C语言程序设计基础课件.ppt...
C语言程序设计教学课件作者第3版乌云高娃演示文稿C语言程序设计教学课件作者第3版乌云高娃演示文稿演示文稿第1章C语言程序设计基础课件.ppt 主要内容课程概述为什么选择C语言作为入门课程? C语言 ...
C02-程序设计基础提高班（C++）第9周上机任务-类和对象
第9周:阅读教材第8章(p231-262),主要内容是类和对象,学会定义类和对象解决问题,完成第9周上机任务: (回到C02-程序设计基础提高班(C++)学习安排) 实践任务: [任务1]阅读.运行下 ...
20145231 《信息安全系统设计基础》第11周学习总结
20145231<信息安全系统设计基础>第11周学习总结教材学习内容总结异常异常是异常控制流的一种形式,由硬件和操作系统实现.简单来说,就是控制流中的突变. 出现异常的处理方式: 1 ...
在c语言中,函数中的自动变量可以赋初值,每调用一次,赋一次初值,计算机二级考试程序设计基础试题及答案三...
<程序设计基础>考试试卷三 1. 判断下面标识符中哪个是C语言中合法的用户定义标识符: A. a-b B. #abd C. typedef D. _max 2. -b?在内存中占个字节,& ...

RTL设计基础（一）

RTL设计基础（一）相关推荐

最新文章

热门文章