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无复位寄存器的几个设计要点

高工
2023-11-23 09:39:58     打赏
1、无复位寄存器

如下代码所示,在verilog代码中,无复位寄存器是没有复位信号的。在12mn、7mn、5mn工艺中,同类型的标准cell,无复位cell比有复位cell面积约小20%左右。因此,在很多芯片设计中,为了减少面积和功耗,通常会大规模使用无复位寄存器。


always@(posedge clk)  
    if(!rstn) begin      
        vld_out <= 1'b0 ;  
    end else begin      
        vld_out <= vld_in ;  
    end
//无复位寄存器写法
always@(posedge clk)    
    if(vld_in) begin      
        data_out <=data_in ;   
    end
//同步复位寄存器写法
always@(posedge clk)    
    if(!rstn) begin      
        data_out <= 'b0   ;    
    end else if(vld_in) begin      
        data_out <=  data_in ;  
    end

2、无复位寄存器的麻烦

虽然无复位寄存器能够节省面积和降低功耗,但是因为无确定的初始值,因此经常会带来很多麻烦,特别是仿真过程中开启X态传播编译选项后,通常会出现各种各样的问题。例如,X态相互反馈,造成一直没有确定值。因此,使用无复位寄存器对设计人员提出了更高的要求。

下面,给大家讲2个简单但特别高效的方法。

3、控制信号不要使用无复位寄存器

使能信号如数据vld信号,ram读写使能,总线读写使能等,不要使用无复位寄存器。状态机状态不要使用无复位寄存器;否则,在芯片中,上电后的初始阶段会存在意想不到的使能信号,导致功能混乱。

例如,有不符合预期的统计和中断等,更严重的是关键状态机状态错乱。像data信号可以使用无复位写法。


//推荐写法
always@(posedge clk)  
    if(!rstn) begin    
        vld_out <= 1'b0 ;  
    end else begin    
        vld_out <= vld_in ;  
    end
//不推荐写法
always@(posedge clk)    
    vld_out <= vld_in ;
4、关键位置做好X态隔离

在和其他模块对接的信号上做好X态隔离,不使用clk-gating形式的写法。特别是在IP自身是异步复位设计,而自研代码是无复位设计占比居多的情况,一定要注意X态隔离。

如下代码所示,虽然推荐写法没有clk-gating,翻转功耗上略微大一些,但在关键的位置(子系统模块接口,IP接口)还是值得这么设计的。推荐写法中,vld_in为0时,data_out赋值为全0,保证了data_out的确定状态。

请注意:在子系统/模块数据入口和数据出口,都建议做X态隔离,但在内部模块的尽量避免这类写法。


//不推荐写法--没有x态隔离
always@(posedge clk)   
    if(vld_in) begin     
        data_out <=data_in ;   
    end
//推荐写法--已做x态隔离
always@(posedge clk)   
    if(vld_in) begin      
        data_out <=data_in ;   
    end else begin       
        data_out <= ’b0 ;
    end






关键词: 复位     寄存器     设计    

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