本文主要是介绍芯片设计(一):CRG(ResetClock中的ICG),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
原文链接:
1、https://zhuanlan.zhihu.com/p/378708372
2、https://zhuanlan.zhihu.com/p/379372643
感谢前辈的优秀文章,学习学习!!!
这篇文章讲讲芯片里非常重要的两个小东西:时钟和复位。
虽然小,但是非常容易出错, 时钟在数字电路里类似于芯片的供血系统。你可以理解为供血系统出点BUG,芯片就非常容易处于一种自求多福的状态。。。
1-Reset
时钟与复位统称CRG,Clock and Reset Generator。
CRG中主要包含这些东西。
我们先讲复位,需要说明的是此处主要讲异步复位,软复位完全是同步的,其实和其他信号没有区别。
1. 复位方式:异步复位,同步释放
为什么需要异步复位,同步释放?
原因主要是:
- 如果同步复位,同步释放,需要对复位信号进行同步,对于外部复位来讲容易形成锁死的问题。这是个鸡生蛋蛋生鸡的问题。复位信号用寄存器同步,然后用同步后的信号复位寄存器,我复位我自己?所以同步复位同步释放多用于软复位。
- 如果异步复位,异步释放,异步的释放操作非常容易导致亚稳态。相当于没有复位。
- 如果同步复位,异步释放,emmm 感觉上一般没有人这么折腾自己。
所以就剩下了一种办法,异步复位,同步释放。这个较为简单和典型。记住即可。硬复位信号都应该这么产生。
2. 异步复位的实现
敲黑板,面试会考的。这个不会基本上容易翻车。
always @ (posedge clk, negedge rst_async_n)
if (!rst_async_n) begin
rst_s1 <= 1'b0;
rst_s2 <= 1'b0;
end
else begin
rst_s1 <= 1'b1;
rst_s2 <= rst_s1;
end
assign rst_sync_n = rst_s2;
endmodule
比较简洁。主要原理是用两个寄存器实现的。
3. 异步复位同步释放的波形显示
这个简单的电路就是这么一个原理~
4. 子模块的复位顺序
复位顺序需要具体问题具体对待,但总体的原则是
先复位外设,再复位核心。因为核心复位后有可能访问外设。
可以看看这篇,有个案例。桔里猫:RISCV AI SOC实战(四,复位管理)
https://zhuanlan.zhihu.com/p/161891614
5. 总结
复位大致上就这些东西。主要就是明白这个典型的电路以及复位顺序,后续讲时钟。
2-Clock中的ICG
1绪论
本篇文章讲CRG的第二部分, 时钟
时钟在数字电路中占据至关重要的地位。是整个数字芯片的节拍器。
2 ICG模块概述与原理
ICG模块的缩写是integrated Clock Gating的意思, 有些地方把这个东西叫isolate clock gating,应该是不对的。在较为先进的工艺库中一般会直接提供这个模块,不需要自己手动的搭建。但是需要知道其原理。(注:图不想自己画了,所以来自网络)
ICG模块一共有着两种形式,或形式或者与形式。其内部逻辑是用一个寄存器和两个与门组成的。
我们拿与门作为例子来讲。对于与门的ICG**,只有clk为低电平也时EN信号才会通过ICG**。保证了输出的第一个波形是上升沿。对于或类型的整好相反。可以类似分析。
ICG在数字电路中有三个用途
- 用于关断时钟,降低功耗
- 用于动态切换时钟时防止产生毛刺
- 用于时钟分频,后续讲
3.先回答三个问题
【类型如何选:使用Or还是And ICG,可以自己手动搭建ICG么】
这个比较简单,如果电路是上升沿触发的那么选and ICG,否则选Or ICG。原因是AND ICG第一个好的时钟是时钟上升沿。Or ICG相反。
工艺库都提供,不建议手动搭建。主要原因是分立的搭建需要专门检查STA, 而ICG在库中写好了时序约束,避免很多错误。
【En信号有什么要求】
En不可以异步,En信号一定要同步。否则如果EN和时钟沿离得太近容易亚稳态。
En一定不能是门控后的信号产生的,否则就死循环了。
【ICG是手动加的还是自动加的】
模块级的ICG手动加,寄存器级别的ICG综合工具自动加。后续会讲自动时钟门控。
4.自动门控时钟
ICG模块有时是根据设计手动加入到电路里的,但对于寄存器级别的控制,其实综合工具可以直接帮忙加入。
如下图所示,只要代码风格写的好,综合工具就能自动帮你门控。
如果不看低功耗的综合,综合出的电路是这样的
如果开了低功耗的综合,综合出来就是这样的
那么实际情况下怎么插入的?这个需要看综合策略。如果Q就1两个bit,那其实使用mux更省一些。如果Q比较宽,例如Q为32bit的话插入ICG就收益非常明显。
既节省了功耗,1个ICG肯定是小于32个mux。
总结
本章主要讲了ICG模块。在时钟控制里非常重要。后续讲时钟分频和切换。
这篇关于芯片设计(一):CRG(ResetClock中的ICG)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!