latch和flip-flop都是时序逻辑,区别为:latch同其所有的输入信号相关,当输入信号变化时latch就变化,没有时钟端;如果使用门电路来搭建latch和ff,则latch消耗的门资源比ff要少,这是latch比ff优越的地方。3.在ASIC中使用latch的集成度比DFF高,但在FPGA中正好相反,因为FPGA中没有标准的latch单元,但有DFF单元,一个LATCH需要多个LE才能实现。所以,只要能用D触发器的地方,就不用latch。
FPGA四大设计要点解析。本文叙述概括了FPGA应用设计中的要点,包括,时钟树、FSM、latch、逻辑仿真四个部分。FPGA设计要点之二:FSM.2)所有的输出信号(除了FSM_status_current)都是组合输出的,比单进程FSM快。2)在异步处理的always中,所有的if、case分支必须把所有的输出信号都赋值,而且不能出现在FSM中的输出信号回送赋值给本FSM中的其他信号的情况,否则会出现 latch。仿真分为单元仿真、集成仿真、系统仿真。
触发器和锁存器的概念及FPGA中的使用 在《深入理解Atera FPGA应用设计》的书中第3.6节详细介绍了在代码中使用寄存器而不是锁存器的原因。1. 锁存器latch和触发器flip-flop的基本概念 (1)锁存器(latch)---对脉冲电平敏感,在时钟脉冲的电平作用下改变状态。并且latch在FPGA中会带来如下问题。3. 生成latch的情况大家都知道尽量不要在设计中使用latch,但是更多情况下是我们无意间生成的latch。
好了,回到问题的开头,由于AC620开发板上以太网PHY芯片的mii_tx_clk是连接到了FPGA的普通IO口上,因此如果不经过处理,该时钟信号将不能走全局时钟资源,因此只能通过普通布线资源走线,从而导致到达各个寄存器的时间差别很大,而且受到各个高速翻转逻辑的噪声影响也很大,时钟抖动严重。下图为通过该缓冲器将mii_tx_clk分配到全局时钟信号上后的全局资源使用图,可以看到,mii_tx_clk信号已经被分配到了全局时钟资源上。
3. 除了用CLKDLL或DCM产生的时钟外不要在内部产生时钟这包括产生门控时钟和分频时钟。IOB 寄存器IOB寄存器提供了最快的时钟到输出和输入到时钟的时延。对于输出寄存器,在寄存器和管脚之间也不能有组合逻辑存在。对于三态输出,在IOB中的所有的寄存器必须使用同一个时钟信号和复位信号,而且IOB三态寄存器必须低电平有效才能放到IOB中(三态缓冲器低电平有效,所以在寄存器和三态缓冲器之间不需要一个反相器)。
异步时钟域数据同步:第一,如果在一个时钟周期内使用时钟的双沿同时操作,则使用该时钟的同相倍频时钟也能实现相同的功能,换句话说,一个时钟周期内,使用时钟的双沿同时操作,相当于使用了一个同相的倍频时钟,此时因为设计的时钟频率提升,所有相关的使用约束都会变得更紧,不利于可靠实现。对于内部逻辑产生的时钟必须在组合逻辑产生的时钟后插入寄存器,否则会使设计部稳定,对于时钟路径必须插入寄存器以过滤毛刺。
而当毛刺信号成为系统的启动信号、控制信号、握手信号,触发器的清零信号(CLEAR)、预置信号(PRESET)、时钟输入信号(CLK)或锁存器的输入信号就会产生逻辑错误。上述方法的一个缺点是必须人为的保证sample信号必须在合适的时间中产生,另一种更常见的方法是利用D触发器的D输入端对毛刺信号不敏感的特点,在输出信号的保持时间内,用触发器读取组合逻辑的输出信号,这种方法类似于将异步电路转化为同步电路。
FPGA复位的可靠性设计方法。针对FPGA在复位过程中存在不可靠复位的现象,提出了提高复位设计可靠性的4种方法,包括清除复位信号上的毛刺、异步复位同步释放、采用专用全局异步复位/置位资源和采用内部复位。(1)异步复位的作用和释放与时钟沿并无直接关系,异步复位生效时问题并不明显;但当释放异步复位时,若异步复位信号释放时间和时钟的有效沿到达时间几乎一致,则容易造成触发器输出为亚稳态,形成逻辑错误。
详解异步时钟域和亚稳态什么是亚稳态。图3-5 异步时钟域亚稳态波形图。从时序收敛的角度来说,要求两个触发器之间的组合逻辑延时都要小于最小的时钟周期,但是这种亚稳态信号保持亚稳态的时间本身就变相地增加了逻辑延时。亚稳态发生场合。亚稳态主要发生在异步信号检测、跨时钟域信号传输以及复位电路等常用设计中。理论上讲,如果亚稳态不能够在一个时钟周期内返回到稳定态,那么目的寄存器也会发生亚稳态,这就是亚稳态的传播。
FPGA亚稳态和毛刺小结。分析出现亚稳态的原因:首先,2MHZ被50MHZ处理,一定会出现亚稳态,在震荡期间出现高电平,然后为低电平。①:理论上如果亚稳态一个周期内不能正确恢复成稳定状态,则目的寄存器也会发生亚稳态,这就是亚稳态的传播。异步信号经过第一个寄存器,如果发生了亚稳态,2nS(假设MTBF=1000Y)左右返回到稳定态,如果时钟周期大于2ns(时钟频率小于500MHz), 那么显然第二个寄存器就没有亚稳态发生了。
4.在设计最初, 由于没有将时钟信号定义在全局时钟引脚上, 导致MAXPLUS II 在时间分析时提示错误:(时钟偏斜加上信号延迟时间超过输入信号建立时间). 全局时钟引脚的时钟信号到各个触发器的延时最小, 有没有可能通过编译软件设置, 将普通I/O脚上的时钟信号也经过芯片内部的快速通道以最小的延迟送到每个触发器时钟引脚?
不同的时钟域之间信号通信时需要进行同步处理,这样可以防止新时钟域中第一级触发器的亚稳态信号对下级逻辑造成影响,其中对于单个控制信号可以用两级同步器,如电平、边沿检测和脉冲,对多位信号可以用FIFO,双口RAM,握手信号等。例如:时钟域1中的一个信号,要送到时钟域2,那么在这个信号送到时钟域2之前,要先经过时钟域2的同步器同步后,才能进入时钟域2。这个同步器就是两级d触发器,其时钟为时钟域2的时钟。
锁存器Latch和触发器flipflop的区别。1、锁存器Latch 和 触发器flipflop.锁存器能根据输入端把结果自行保持;触发器是指由时钟边沿触发的存储器单元;由敏感信号(电平,边沿)控制的锁存器就是触发器;module test_latch(y, a, b);信号a被综合成D触发器的使能端,只有在时钟上沿到来且a为高时,b信号的值才能传递给a;只要在时钟上升沿期间信号b是稳定,即使在其他时候b还有毛刺,经过D触发器后数据是稳定的,毛刺被滤除。
锁存器(Latch)和触发器(Flip-flop)大多数数字系统中,除了需要具有逻辑运算和算术运算功能的组合逻辑电路外,还需要具有储存功能的电路,组合逻辑电路和储存电路相结合可构成时序逻辑电路,Lacth & Flip-flop就是实现储存功能的两种逻辑单元电路。触发器按逻辑功能分类有D触发器、JK触发器、T触发器和SR触发器。JK触发器由特性表,特性方程或状态图都可以看出,当J=1,K=0时,触发器的下一个状态被置1;
锁存器半导体行业  锁存器Latch概述。latch:锁存器,是由电平触发,结构图如下:门电路是构建组合逻辑电路的基础,而锁存器和触发器是构建时序逻辑电路的基础。latch完成同一个功能所需要的门较触发器要少,所以在asic中用的较多。2、latch将静态时序分析变得极为复杂  触发器Flip-flop结构。1、面积比latch大,消耗的门电路比latch多  锁存器Latch和触发器flipflop的区别  1、锁存器Latch和触发器flipflop.
减小元件中动态和静态功耗的解决方案。当把可编程逻辑器件用于低功耗应用时,限制设计的低功耗非常重要。功耗的三个主要来源是启动、待机和动态功耗。器件上电时产生的相关电流即是启动电流;待机功耗又称作静态功耗,是电源开启但I/O上没有开关活动时器件的功耗;动态功耗是指器件正常工作时的功耗。对于那些严格要求低功耗的系统而言,采用合适的低功耗可编程逻辑器件和可以节省功耗的设计技术,有助于使系统功耗降至最小。
反馈回路是由时钟输出管脚通过PCB板上走线从反馈输入管脚输入,由于时钟延时和反馈输入延时相等,所以可以保证时钟输入管脚和反馈输入管脚锁定成同相位,如果在PCB布线时保证时钟输出PCB走线和外部反馈PCB走线两者等长,这就保证了下游芯片的时钟输入端和FPGA的反馈输入端同相位,这样,FPGA和下游器件就构成了一个同步系统,而不需要一个外部时钟驱动器。而且用来采样数据的时钟一定要和输入数据的时钟源为同源时钟。
了解触发器复位行为在深入探讨复位技术之前,有必要了解 FPGA Slice 内触发器行为。随后综合工具将推断出一个触发器,该触发器的 SR 端口被配置为预设或清除端口(用 FDCE 或者 FDPE 触发器原语来表示)。在同步复位的情况下,综合工具推断出的触发器,其 SR 端口被配置为置位或复位端口(用FDSE 或 FDRE 触发器原语来表示)。但是,取消复位信号的断言必须满足触发器的时序要求,才能保证触发器顺利地从复位状态转换到正常状态。
在FPGA开发中尽量避免全局复位的使用?在这些情况下,复位信号的变化与FGPA芯片内部信号相比看起来是及其缓慢的,例如,复位按钮产生的复位信号的周期至少是在毫秒级别的,而我们FPGA内部信号往往是纳米或者微秒级别的。图1被两个时钟信号的边沿截断的复位信号的时序图图1 给出了被两个时钟信号的边沿截断的复位信号的时序图,第一行是时钟信号,第二行是器件复位管脚上的信号,第三行是到达触发器复位端的复位信号。
FPGA由许多逻辑模块组成,每个逻辑模块通常由触发器和逻辑功能以及连接逻辑模块的路由网络组成。这种FPGA比现代FPGA简单得多,它只包含64个逻辑块,而现代FPGA中的逻辑块有几千个或数百万个,但它导致了目前价值数十亿美元的FPGA产业。XACT自然无法与现在的FPGA开发工具相比,XACT通过用户定义了每个逻辑块的功能(如下面的屏截图所示)以及逻辑块之间的连接,对连接进行布线连接,并生成可加载到FPGA中的比特流文件。
假设Tco是触发器的输入数据被时钟打入到触发器到数据到达触发器输出端的延时时间;假设数据已被时钟打入D触发器,那么数据到达第一个触发器的Q输出端需要的延时时间是Tco,经过组合逻辑的延时时间为Tdelay,然后到达第二个触发器的D端,要希望时钟能在第二个触发器再次被稳定地打入触发器,则时钟的延迟必须大于Tco+Tdelay+Tsetup,也就是说最小的时钟周期Tmin =Tco+Tdelay+Tsetup,即最快的时钟频率Fmax =1/Tmin。
时钟可分为如下四种类型:全局时钟、门控时钟、多级逻辑时钟和波动式时钟。图4 "与"门门控时钟转化成全局时钟。即原来接3M时钟的触发器,接20M时钟,同时3M_EN 将控制该触发器使能,原接5M时钟的触发器,也接20M时钟,同时5M_EN 将控制该触发器使能。小结:稳定可靠的时钟是系统稳定可靠的重要条件,我们不能够将任何可能含有毛刺的输出作为时钟信号,并且尽可能只使用一个全局时钟,对多时钟系统要注意同步异步信号和非同源时钟。
他们是:同步时钟设计、亚稳态、异步FIFO。这样的系统是相对于异步系统而言的,异步系统并不是不同的触发器时钟端连接到不同的时钟信号的系统(一般的这样叫做跨时钟系统,是相对几个较小的同步系统的组合),而是更本没有了时钟的概念,依靠和触发器构造一样的反馈电路组成。具体地说,就是当你把一组信号传递到另外一个时钟域的话,这一组信号可能因为延迟不同,这样到达新时钟域之后,得到的数据相差一个老时钟域的时钟周期。
时序逻辑电路由时钟的上升沿或下降沿驱动工作,其实真正被时钟沿驱动的是电路中的。于同一时钟沿,而是指设计应该做到局部同步,在每个时钟域内的电路要同步于同一时钟沿。走全局时钟网络的时钟是。如今在设计中常见的时钟类型包括:全局时钟、内部逻辑时钟和门控时钟。全局时钟即同步时钟,它通过FPGA芯片内的全局时钟布线网络或区域时钟网络来驱。还有一种由触发器产生的时钟—行波时钟,即一个触发器的输出用作另一个触发器的。
平时我们在设计中遇到的门控时钟、衍生时钟以及事件驱动的触发器都可归为时钟域类别。我们知道,这类时钟控制在FPGA设计中并不被推崇(可以使用时钟使能替代时钟门控),然而它却非常有利于我们理解时钟域这一概念。换句话说,由于两个时钟域异步的自然属性,使得地址总线有些比特在一个时钟沿上被采集,而另一些比特却在下一个时钟沿上被采集,当然这取决于数据是否在第一个触发器的时钟沿到达之前提前足够长时间有效。
CLB是FPGA的基本逻辑单元。3、 功能仿真:功能仿真指在逻辑综合之前对用户所设计的电路进行逻辑功能验证。5、布局布线与实现:布局布线可理解为利用实现工具把逻辑映射到目标器件结构的资源中,决定逻辑的最佳布局,选择逻辑与输入输出功能链接的布线通道进行连线,并产生相应文件(如配置文件与相关报告);仿真分为单元仿真、集成仿真、系统仿真。系统仿真需要根据被仿真逻辑的功能、性能需求仔细设计仿真测试例和仿真测试平台。
Verilog描述: module divide2( clk , clk_o, reset); input clk , reset; output clk_o; wire in; reg out ; always @ ( posedge clk or posedge reset) if ( reset) out <= 0; else out <= in; assign in = ~out; assign clk_o = out; endmodule.在这个稳定期间,触发器输出一些中间级电平,或者可能处于振荡状态,并且这种无用的输出电平可以沿信号通道上的各个触发器级联式传播下去。
与分立元件不同,由于PLD内部不存在寄生电容电感,这些毛刺将被完整的保留并向下一级传递,因此毛刺现象在FPGA设计中尤为突出,我们无法保证所有连线的长度一致,所以即使多路输入信号在输入端同时变化,但经过FPGA内部的走线,到达门电路的时间也是不一样的,毛刺必然产生,可以概括的讲,只要输入信号同时变化,经过内部走线,组合逻辑必将产生毛刺。3)异步复位信号识别方便,而且可以很方便的使用FPGA的全局复位端口GSR。
现为所有的触发器的时钟端都接在同一个主时钟。态出错;第二,时钟信号通常是频率最高的信号;第.三,时钟信号通常是负载最重的信号,所以要合理分。最好的时钟方案是:由专用的全局时钟输入引脚驱。同步设计时,全局时钟输入一般都接在器件的时钟。触发器;尽量减少或不使用逻辑门控制时钟信号,也。速时钟的D触发器对组合逻辑的输出信号进行采。系统主时钟可能存在过大的时钟歪斜。本地时钟在由该输入时钟产生的使能信号的。
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