异步复位与同步复位的综合后电路图讲解

这里来记录一下相似代码之间的不同差异，比如同步复位与异步复位触发器的对比，上升沿复位和下降沿复位的对比等等。这里主要使用ISE的综合引擎。直接附上代码和综合后电路图，有些会有部分讲解。

一、异步复位与同步复位

我在复位电路里面讲解了同步复位和异步复位的区别，这里就不详细介绍了，链接如下：http://www.cnblogs.com/IClearner/p/6683100.html

（1）异步复位

异步复位的代码如下所示：

module DFF1(
  input clk,
  input rst_n,
  input d,
  output reg q
);

always@(posedge clk or negedge rst_n)
  if(!rst_n)
    q <= 0; //异步清 0，低电平有效
  else
    q <= d;

endmodule

综合得到的电路图如下所示：

可以看到使用了一个反相器单元和一个触发器单元；从代码中我们可以推断出，这是一个高电平有效的、异步复位触发器。

（2）同步复位

同步复位触发器代码如下所示，注意黑体部分

module DFF2(
  input clk,
  input rst_n,
  input d,
  output reg q
);

always@(posedge clk )//注意这里有所不同
  if(!rst_n)
    q <= 0; //同步清 0，低电平有效
  else
    q <= d;

endmodule

综合得到的电路如下所示：

我们可以看到，也是由一个反向器单元和一个触发器单元构成，注意，这里的触发器跟上面的触发器显然不是同一个类型的触发器，管脚名称改变了；结合代码我们可以知道，这个触发器是高电平触发、同步复位的触发器（由于是输入信号是低电平有效，所以加了个反相器）。

二、不同电平之间的复位差异

（1）高电平触发的异步复位VS低电平触发的异步复位

①高电平触发的异步复位（异步置位）

综合得到的电路如下所示：

根据代码，容易推断得出这是一个高电平触发、异步复位的触发器（或者叫异步置位），这也与前面的内容相符合（高电平触发复位，所以不用加反相器）。

②低电平触发的异步复位

代码和电路跟 一（1）的代码和电路相同，这里不进行重述。

（2）高电平触发的同步复位VS低电平触发的同步复位

①高电平触发的同步复位

代码如下所示：

 1 module DFF4(
 2   input clk,
 3   input rst_r,
 4   input d,
 5   output reg q
 6 );
 7 
 8 always@(posedge clk )
 9   if(rst_r)
10     q <= 0; 
11   else
12     q <= d;
13 
14 endmodule

综合得到的电路如下所示:

可以知道，这是一个高电平有效、同步复位的触发器单元。

②低电平触发的同步复位

代码和电路同一（2）,这里不进行重述

三、阻塞赋值和非阻塞赋值

（1）阻塞赋值综合的触发器

代码如下所示，这里为了使用高电平触发的触发器单元，写出高电平复位：

 1 module DFF_chain(
 2   input clk,
 3   input rst_r,
 4   input d,
 5   output reg q
 6 );
 7 reg reg_m ;
 8 always @(posedge clk )//high level reset,synchronization
 9   if(rst_r)begin
10         reg_m = 0;//block
11        q = 0; 
12   end   else begin
13         reg_m = d;
14         q = reg_m ;
15   end
16 endmodule

综合得到的电路如下所示：

可以看到，综合得到只有一个触发器，中间的触发器变量reg_m被优化掉了，只剩下q这个触发器。

（2）换个顺序的非阻塞赋值的触发器

把后面的这两个语句对调一下，同时把中间的变量改个名字，改成reg_block（这里改名字只是为了区分后面的非阻塞赋值的情况）

即要综合的代码如下所示：

 1 module DFF_chain(
 2   input clk,
 3   input rst_r,
 4   input d,
 5   output reg q
 6 );
 7 reg reg_block ;
 8 always @(posedge clk )//high level reset,synchronization
 9   if(rst_r)begin//block
10         reg_block = 0;
11        q = 0; 
12   end   else begin //here has changed
13         q = reg_block ;
14         reg_block = d;        
15   end
16 endmodule

综合得到的电路如下所示：

可以看到，调换顺序之后，得到了我们我们想要的触发器链。

结论：描述时序逻辑使用阻塞赋值可能得到正确的结果，也可以得到不正确的结果，因此时序逻辑不建议使用阻塞赋值。

（3）非阻塞赋值综合的触发器

代码如下所示：

 1 module DFF_chain(
 2   input clk,
 3   input rst_r,
 4   input d,
 5   output reg q
 6 );
 7 reg reg_m ;
 8 always @(posedge clk )//high level reset,synchronization
 9   if(rst_r)begin
10         reg_m <= 0;//non block 
11        q <= 0; 
12   end   else begin
13         reg_m <= d;
14         q <= reg_m ;
15   end
16 endmodule

综合得到的电路如下所示：

从电路图中可以看到，综合得到了两个触发器，中间的触发器reg_m被保留下来了，达到了我们预想中的触发器链。

（4）换个顺序后的非阻塞赋值

跟前面的阻塞赋值一样，我们换一下顺序，代码如下所示：

 1 module DFF_chain(
 2   input clk,
 3   input rst_r,
 4   input d,
 5   output reg q
 6 );
 7 reg reg_nonblock ;
 8 always @(posedge clk )//high level reset,synchronization
 9   if(rst_r)begin//non block
10         reg_nonblock <= 0;
11        q <= 0; 
12   end   else begin
13         q <= reg_nonblock ;
14         reg_nonblock <= d;        
15   end
16 endmodule

综合得到的电路如下所示：

从电路中可以看到，即使调换了顺序，电路还是我们需要的触发器链。

结论：描述时序逻辑，使用非阻塞赋值可以得到正确的结果，因此时序逻辑推荐使用非阻塞赋值。

（5）描述组合逻辑电路时的阻塞赋值和非阻塞赋值

阻塞赋值描述组合逻辑（加法器），代码如下所示：

 1 module Adder(
 2   input a,
 3   input b,
 4   input c,
 5   output reg q
 6 );
 7 reg sum_block ;
 8 always @(* )
 9    begin
10         sum_block = a + b  ;
11         q = sum_block + c;        
12    end
13 endmodule

综合得到电路如下所示：

综合得到的电路是一个加法器。

我们改成非阻塞赋值看看，代码如下所示：

 1 module Adder(
 2   input a,
 3   input b,
 4   input c,
 5   output reg q
 6 );
 7 reg sum_block ;
 8 always @(* )
 9    begin
10         sum_block <= a + b  ;
11         q <= sum_block + c;        
12    end
13 endmodule

综合得到的电路：

综合得到的电路也是一个加法器。

因此可以冒险地得到一个结论，无论是阻塞赋值还是非阻塞赋值，都可以描述组合逻辑，但是一般情况下，我们推荐使用阻塞赋值，一方面是对仿真有用，另一方面是区别于描述时序逻辑的非阻塞赋值。

最后我尝试着在同一个块中使用阻塞赋值和非阻塞赋值，ISE的综合器报错。
编辑：hfy