FPGA中如何对管脚输入输出信号进行处理？

Posted 2021-12-02 hcr1995

在数字系统中，各模块应采取尽量采取寄存输入和寄存输出，主要有以下优点：

1.模块化清晰（特别是寄存输出）

2.提高系统最高工作速率

3.有利于整个系统和单个模块分别进行静态时序分析

输入电路

dina,dinb对应芯片的输入引脚

always @(negedge rst or posedge clk)

if(!rst)

　　calc<=0;

else

　　calc<=dina+dinb;

 

always @(negedge rst or posedge clk)

if(!rst) begin

　　in_rega<=0;

　　in_regb<=0;

end

else begin

　　in_rega<=dina;

　　in_regb<=dinb;

end

always @(negedge rst or posedge clk)

if(!rst) begin

　　in_rega<=0;

　　in_regb<=0;

end

else begin

　　calc<=in_rega+regb;

end

如果输入信号来自异步时钟域，必须寄存两拍。第一拍将输入信号同步化，同步后的输出可能带来建立/保持时间的冲突，产生亚稳态，需要再寄存一拍，减少亚稳态带来的影响。

如果输入信号来自同一时钟域且需要用到跳变沿，需要寄存一拍，否则时序报告会clock shew > data delay，造成建立/保持时间的冲突。

对于一般模块的输入信号来说，如果信号来自同一时钟域，各模块的输入不需要寄存，只要满足建立时间、保持时间的约束，就可以保证在时钟的上升沿到来时，输入信号已经稳定。

但是，如果模块需要使用输入信号的跳边沿，则需要处理（边沿检测等）。对于异步时钟域，边沿检测，格雷码，异步FIFO,RAM等

 总结如下：

1.全局时钟的跳变沿最可靠。
2.来自异步时钟域的输入需要寄存一次以同步化，再寄存一次以减少亚稳态带来的影响。
3.不需要用到跳变沿的来自同一时钟域的输入，没有必要对信号进行寄存。
4.需要用到跳变沿的来自同一时钟域的输入，寄存一次即可。
5.需要用到跳变沿的来自不同时钟域的输入，需要用到3个触发器，前两个用以同步，第3个触发器的输出和第2个的输出经过逻辑门来判断跳变沿。

always @ (posedge Clk) //不对输入信号进行寄存
begin
if (inputs)
begin
...
end
...
end

always @ (posedge Clk) //对输入信号寄存一拍
begin
inputs_reg <= inputs;
if (inputs_reg == 1‘b0 && inputs == 1‘b1)
begin
...
end
...
end

always @ (posedge Clk) //对输入信号寄存三拍
begin
inputs_reg1 <= inputs;
inputs_reg2 <= inputs_reg1;
inputs_reg3 <= inputs_reg2;
if (inputs_reg2 == 1‘b1 && inputs_reg3 == 1‘b0)
begin
...
end
...
end

 输出电路 

tempa tempb为管脚输出信号

always @(tempa or tempb)

case(tempa)

　　0:dout<=tempb+1;

　　1:dout<=tempb+3;

　　......

　　default:dout<=0;

endcase

 

always @(negedge rst or posedge clk)

if(!rst)

　　dout<=0;

else

case(tempa)

　　0:dout<=tempb+1;

　　1:dout<=tempb+3;

　　......

　　default:dout<=0;

endcase