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数字系统中全局信号的处理 复位篇 2014年8月 钟杨源 Company LogoCompany Logo Contents 1 复位的种类 2 复位方式 3 跨时钟域复位 4 复位的稳定性 5 复位的特殊情况 6 复位的综合与布线 7 复位管理模块设计实例 数字系统中复位的重要性 1 初始化电路工作状态 2 在出错时重置电路 3 控制模块的启动顺序 4 进入系统的某些特殊模式 Company LogoCompany Logo 复位源 按复位的触发机制可分为 冷复位与热复位 冷复位主要与电源电压变化有关 如上电复位 欠压复位 热复位主要与逻辑电路判别产生 如看门狗复位 外部复位 软件复位 Company LogoCompany Logo 复位目标 调试端口 CPU 各类外设 内部逻辑 Company LogoCompany Logo Company LogoCompany Logo Contents 1 复位的种类 2 复位方式 3 跨时钟域复位 4 复位的稳定性 5 复位的特殊情况 6 复位的综合与布线 7 复位管理模块设计实例 Company LogoCompany Logo 2 复位方式 同步复位 同步复位是指复位信号仅在时钟信号的有效沿对 触发器进行复位 此时复位信号可以看作是产生 触发器 输入端输入信号的一部分 异步复位 使用带复位功能触发器的复位引脚进行复位的电 路 两种复位方式的对比 同步复位 sync 异步复位 async 特点 复位信号只有在时钟上升沿到来时才能 有效 无论时钟沿是否到来 只要复位信号有效 就 进行复位 Verilog描述 always posedge CLK always posedge CLK negedge Rst n 优点 1 利于基于周期的仿真 2 因为只有在时钟有效电平到来时才 有效 所以可以滤除毛刺 3 可以使所设计的系统成为100 的同 步时序电路 有利于时序分析 4 综合得到的触发器面积较小 1 复位操作可以不依赖于时钟 2 将复位网络与逻辑电路分离 方便单独进 行优化 3 使用异步复位的模块可重用性较好 缺点 1 复位信号的有效时长必须大于时钟 周期 才能真正被系统识别并完成复 位任务 同时还要考虑 诸如 clk skew 组合逻辑路径延时 复位延时等 因素 2 FPGA中的DFF都只有异步复位端口 会额外浪费一些资源 1 容易受到毛刺的影响 2 若复位释放刚好在时钟有效沿附近时 很容易使寄存器输出出现亚稳态 3 DFT较麻烦 总结 ASIC小芯片可以使用同步复位 FPGA使用异步复位 同步释放的方式 而且复位信号低电平有效 Clifford asynchronous resets are evil 恶魔 of circuit Company LogoCompany Logo 1 复位驱动在DFT扫描中必须禁止 2 给STA造成困难 3 异步释放问题 4 复位源的毛刺 复位方式的争论 观点一 严格执行同步复位是最稳妥的方案 同步复位在小型设计中是绝对的最佳选择 原因 1 稳定性最好 2 面积小 3 缩短设计流程 观点二 异步复位的优点 也即是同步复位的缺点 复位网络与逻辑电路彻底分离 复位可以摆脱对时钟的依赖 Company LogoCompany Logo Company LogoCompany Logo Contents 1 复位的种类 2 复位方式 3 跨时钟域复位 4 复位的稳定性 5 复位的特殊情况 6 复位的综合与布线 7 复位管理模块设计实例 一个复位信号要对数字系统进行复位时 需要先 将其与时钟进行同步化 Company LogoCompany Logo 异步复位同步方式一 边沿采样 异步复位同步方式二 同步释放 同步复位电路解决方案 Company LogoCompany Logo 异步复位电路解决方案 Company LogoCompany Logo Company LogoCompany Logo Contents 1 复位的种类 2 复位方式 3 跨时钟域复位 4 复位的稳定性 5 复位的特殊情况 6 复位的综合与布线 7 复位管理模块设计实例 复位的稳定性指标 抗干扰 防抖 延时 1 要关注复位启动顺序 2 高电平与低电平复位 低电平的优点 1 不易受干扰 2 低电平驱动能力较强 如果要确保复位期间尽量可靠 应选择低电平复位 如果要确保工作时复位稳定不受干扰 可选择高电平复位 Company LogoCompany Logo Company LogoCompany Logo Contents 1 复位的种类 2 复位方式 3 跨时钟域复位 4 复位的稳定性 5 复位的妙用 6 复位的综合与布线 7 复位管理模块设计实例 Company LogoCompany Logo Contents 1 复位的种类 2 复位方式 3 跨时钟域复位 4 复位的稳定性 5 复位的特殊情况 6 复位的综合与布线 7 复位管理模块设计实例 Company LogoCompany Logo Contents 1 复位的种类 2 复位方式 3 跨时钟域复位 4 复位的稳定性 5 复位的特殊情况 6 复位的综合与布线 7 复位管理模块设计实例 实例1 STM32F2芯片的复位管理模块设计 Company LogoCompany Logo STM32F2芯片的复位管理模块设计 STM32F10 xxx支持三种复位形式 分别为系统复位 电源复位和备份区域复位 1 系统复位 系统复位将所有寄存器设置成复位值 除了RCC CSR 控制状态寄存 器 中的相关复位标志位 通过查看RCC CSR寄存器 可以识别复位源 系统复位可由以下5种方式产生 1 外部引脚NRST复位 低电平触发 2 窗口看门狗 WWDG 计数终止 3 独立看门狗 IDOG 计数终止 4 软件复位 SW RESET 通过将中断应用和复位控制寄存器中SYSRESETREQ位置1 5 低功耗管理复位 通过进入等待模式 StandBy 产生复位 通过 User Option Bytes中设置nRST STDBY位使能这种复位模式 这时 即使执行了进入 待机模式的过程 系统将被复位而不是进入待机模式 通过进入停止模式 STOP 产生复位 通过User Option Bytes中设置nRST STOP位使能这种复位模式 这时 即使执行了进入停止模式的过程 系统将被复位而不是进入停止模式 Company LogoCompany Logo STM32F2芯片的复位管理模块设计 2 电源复位 电源复位设置所有寄存器置初始值 除了备份区域 电源复位可由以下2种方式产生 1 上电复位和掉电复位 POR PDR reset 2 退出等待 StandBy 模式 这些复位源都作用在NRST引脚上 并且在复位延迟期间保持低电平 提供给设备的系统复位信号都由NRST引脚输出 对每一个内部 外部复位源 脉冲发生器都将保证一个20us最小复位周期 3 备份区复位 备份区复位仅仅影响被分区域 有以下两种产生方 式 1 软件复位 设置备份区域控制寄存器 RCC BDCR BDRST 1 2 在VDD和VBAT两者掉电的前提下 VDD或VBAT上电 Company LogoCompany Logo STM32F2芯片的复位管理模块设计 Company LogoCompany Logo 实例2 士兰微SC51P0304 Company LogoCompany Logo 外部复位 LVR POR 三种复位具有去抖动功能 低压复位模块 看门狗模块 Company LogoCompany Logo Company LogoCompany Logo Thank You
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