组合逻辑反馈.docx

10 月 16 日
组合逻辑的反馈是大忌啊 ~ 下面是转来的读书笔记 ~ 写的不错,收藏了 ~
在用 HDL 设计时,理解综合工具如何解释不同的 HDL 代码风格和预期结果是
非常重要的。 设计人员的代码风格会影响逻辑的利用率和时限性能。 本文讨论一
些基本的设计技术,确保 FPGA 最佳的综合结果,同时避免一些不可靠和不稳
定的因素。 设计人员应当认真设计组合逻辑以避免潜在的问题, 同时应注意时钟
方案保证同步功能。
组合逻辑结构
组合环路
组合环路是数字逻辑设计中不稳定性和不可靠性最常见的原因之一。 在同步设计
中,所有的反馈环路都应该包括寄存器。组合环路直接建立没有寄存器的反馈,
违反了同步设计的原则。 例如,当算术表达式的左边也出现在右边, 就会发生组
合循环。当把一个寄存器输出通过组合逻辑反馈给同一个寄存器的异步管脚时,
也会产生组合环路,见图 1 。
图 1 通过异步控制管理的组合循环 ( 略)
组合环路是高风险的设计结构,这是因为:
组
● 合环路的功能通常依靠环路逻辑的相对传播延迟。 正如所讨论的, 传播延迟
可能改变,那么环路行为也可能发生改变。
在
● 一些设计工具中, 组合环路可能造成无尽的计算循环。 大部分的工具会打断
组合环路进行处理。设计流程中所用的不同工具会以不同的方式打断同样的环
路,这样可能和设计初衷不一致。
延迟链
当两个以上连续的单输入单扇出节点引起延迟时,就会产生延迟链。通常, 把
反相器连在一起增加延迟。 延迟链通常是由异步设计引入的, 有时是用来解决其
它组合逻辑引起的竞争冒险。 FPGA 延迟会随每次布局布线的变化而改变。 延迟
链可能引起不同的设计问题, 包括增加了设计对工作条件的敏感性, 减小了设计
的可靠性, 不利于移植到其它器件结构上。 在设计中要避免使用延迟链, 而应采
用同步设计。
脉冲发生器和多频振荡器
设计者有时用延迟链来产生单个脉冲 (脉冲发生器)或一系列脉冲(多频振荡器)。
脉冲生成有两种常见的方式,这些技术完全依靠异步逻辑,应该避免:
触
● 发信号送给一个两输入 AND 或 OR 门的输入, 但给其中一个输入设计反相
或延迟链。脉冲的宽度取决于直接进入门和经过延迟进入门的这两个通道的相对
延迟。输入发生变换,这同样在组合逻辑上产生毛刺。这种技术可以用延迟链,
人为地增加脉冲信号的宽度。
寄
● 存器的输出经过一个延迟链驱动同一个寄存器的异步复位信号。 本质上就是
寄存器在经过一定延迟之后异步复位自己。
这些设计的主要问题是综合和布局布线软件很难确定、设置或验证脉冲的宽度。
只有在布局布线之后,知道布线和传播延迟之后才能最后确定实际的脉冲宽度。
所以,在编写 HDL 代码时,很难可靠地确定脉冲的宽度,也无法用 EDA 工具
来设置这个宽度。在所有的 PVT 条件下,脉冲可能并不够宽。如果移植到不同
的器件上,脉冲宽度就会改变。另外,静态时限分析并不能用来验证脉冲宽度,
所以验证是非常困难的。
多频振荡器除了用组合环路, 把电路变成振荡器外, 还采用了 " 毛刺生成器 " 的方
式来产生脉冲。 因为它涉及到多个脉冲, 所以这种结构所带来的问题比脉冲生成
器要多得多。另外,当结构生成多个脉冲