今天群友遇到一個(gè)在綜合的時(shí)候報(bào)錯(cuò)ambiguous clock in event control的問(wèn)題，我們就來(lái)看看一個(gè)always塊會(huì)生成什么樣的電路。

案例一：

首先從最簡(jiǎn)單的一段代碼來(lái)看：

always @(posedge clk ) begin
    c <= b;
end

在上面的代碼里面敏感信號(hào)只有一個(gè)posedge clk，begin end中間也只有一個(gè)賦值語(yǔ)句，僅僅是一個(gè)打拍的操作，那么我們來(lái)看一下，他生成的電路是什么樣子的。

可以看到，clk和b經(jīng)過(guò)一個(gè)IBUF后接入觸發(fā)器的C端(時(shí)鐘端)和D端(數(shù)據(jù)輸入端)，然后輸出Q端經(jīng)過(guò)一個(gè)OBUF連接到c。其中IBUF和OBUF以及BUFG是vivado自動(dòng)幫我們插入的，當(dāng)信號(hào)是頂層信號(hào)的時(shí)候vivado就會(huì)幫我們自動(dòng)插入IBUF和OBUF，時(shí)鐘信號(hào)幫我們自動(dòng)掛到了時(shí)鐘樹(shù)上面。

案例二：

那么vivado是怎么認(rèn)出來(lái)我們代碼里面寫(xiě)的clk就是時(shí)鐘信號(hào)呢，是靠clk這個(gè)名字嗎，讓我們把clk換成rst來(lái)看一下，代碼如下：

always @(posedge rst ) begin
        c <= 1'b1;
end

可以看到上面代碼生成的電路和案例一中的電路是一樣的，vivado也是把posedge rst認(rèn)為是時(shí)鐘信號(hào)接到了觸發(fā)器的時(shí)鐘端，可見(jiàn)vivado并不是靠名字來(lái)識(shí)別哪個(gè)信號(hào)是時(shí)鐘，哪個(gè)信號(hào)是復(fù)位的。

案例三：

那么我們應(yīng)該怎么生成一個(gè)復(fù)位信號(hào)呢，先看一下同步復(fù)位的情況，代碼如下：

always @(posedge clk ) begin
    if(rst == 1'b1)begin
        c <= 1'b0;
    end
    else begin
        c <= b;
    end       
end

可以看到復(fù)位端rst接到了觸發(fā)器的復(fù)位信號(hào)上。注意在上述代碼中是高電平復(fù)位的，那么我們?cè)倏匆幌氯绻堑碗娖綇?fù)位會(huì)產(chǎn)生什么樣子的電路，代碼如下：

always @(posedge clk ) begin
    if(rst == 1'b0)begin
        c <= 1'b0;
    end
    else begin
        c <= b;
    end       
end

可以看到在rst信號(hào)之后多了一個(gè)LUT，這個(gè)LUT的目的是將rst信號(hào)取反，也就是說(shuō)我們想讓rst為0的時(shí)候進(jìn)行復(fù)位，但是vivado在生成電路的時(shí)候會(huì)將其取反變?yōu)?之后接到觸發(fā)器的復(fù)位端，這里在復(fù)位端插入一級(jí)LUT便會(huì)影響我們的時(shí)序，這也是為什么我們常說(shuō)FPGA更推薦同步高復(fù)位的原因之一。

在UG901中有相關(guān)的描述如下：

案例四：

在案例三中展示了同步復(fù)位的情況，注意這里生成的觸發(fā)器都是FDRE，在xilinx的FPGA中一共有四種觸發(fā)器，在UG901中有說(shuō)明，如下圖：

可以看到對(duì)于同步復(fù)位的觸發(fā)器有FDSE和FDRE兩種，兩者的區(qū)別就是FDSE在復(fù)位的時(shí)候輸出是1，F(xiàn)DRE是0。，這也是為什么在案例三中無(wú)論是高復(fù)位還是低復(fù)位生成的都是FDRE。

那么我們改變一下代碼，讓c在復(fù)位的時(shí)候變?yōu)?，也就是c <= 1'b1，來(lái)看看生成的電路是什么樣子的，代碼如下：

always @(posedge clk ) begin
    if(rst == 1'b1)begin
        c <= 1'b1;
    end
    else begin
        c <= b;
    end       
end

可以看到在這種情況下，我們的代碼就映射到了一個(gè)FDSE上。

案例五：

第五個(gè)案例就來(lái)看一下vivado是怎么把rst認(rèn)為是復(fù)位信號(hào)的。我們先來(lái)看如下代碼：

always @(posedge clk ) begin
    if(rst == 1'b1)begin
        c <= 1'b1;
    end
    if (a == 1'b1)begin
        c <= b;
    end       
end

可以發(fā)現(xiàn)復(fù)位信號(hào)沒(méi)有了，F(xiàn)DRE是復(fù)位端直接接了地，那么我們有理由懷疑是不是vivado在處理if else的時(shí)候會(huì)把if里面的信號(hào)認(rèn)為是復(fù)位信號(hào)呢。上述代碼里面兩個(gè)if語(yǔ)句并列，生成的電路也是a b rst經(jīng)過(guò)一大段組合邏輯之后接入到FDRE是D端。

案例六：

將案例五的代碼稍將改變，也就是在第二個(gè)if前面增加一個(gè)else，代碼如下

always @(posedge clk ) begin
    if(rst == 1'b1)begin
        c <= 1'b1;
    end
    else if (a == 1'b1)begin
        c <= b;
    end       
end

可以看到我們的復(fù)位端又重新回來(lái)了，那么也就印證了在案例五中的猜想，他是靠if else, if elseif這樣的結(jié)構(gòu)來(lái)識(shí)別是不是復(fù)位的，怎么映射過(guò)去的，需要注意的是案例六中因?yàn)槲覀儗?xiě)了a==1時(shí)才把b的值給到c，那么a就被接入到了觸發(fā)器的CE端，當(dāng)a的值是0時(shí)，CE端為0，Q端保持上一次的值不變。注意在時(shí)序電路里面，我們不寫(xiě)else也不會(huì)生成latch。

案例七：

上面代碼都是在敏感信號(hào)里面只有一個(gè)posedge clk，那么如果我們寫(xiě)多個(gè)敏感信號(hào)呢，會(huì)變成什么樣子。

always @(posedge clk or posedge rst) begin
    if(rst == 1'b1)begin
        c <= 1'b1;
    end
    if (a == 1'b1)begin
        c <= b;
    end       
end

我們先來(lái)看一下上述代碼，敏感列表里面有兩個(gè)信號(hào)，posedge clk和posedge rst。并且在begin end里面也沒(méi)有if else或者if else if這種結(jié)構(gòu)的語(yǔ)句，按照我們同步復(fù)位的幾個(gè)案例的推斷，他會(huì)把clk和rst都推斷為時(shí)鐘信號(hào)，而實(shí)際上我們不可能給一個(gè)xilinx的FPGA的觸發(fā)器同時(shí)接兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，這個(gè)時(shí)候vivado在綜合的時(shí)候就給我們報(bào)錯(cuò)了。

因?yàn)槲覀冎酪粋€(gè)觸發(fā)器只能有一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，如果有多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)我們也需要做時(shí)鐘切換電路，來(lái)確保在同一時(shí)刻只有一個(gè)時(shí)鐘接到上面。vivado推斷不出來(lái)上述代碼究竟哪個(gè)信號(hào)是時(shí)鐘信號(hào)，那他只能報(bào)錯(cuò)了，告訴我們當(dāng)前時(shí)鐘信號(hào)是模棱兩可的。

案例八：

那么案例七中的代碼怎么改呢，第一種選擇案例五中的方式，將敏感列表變?yōu)橐粋€(gè)，那么時(shí)鐘信號(hào)自然就明確了。

第二種就是敏感列表中另一個(gè)信號(hào)變?yōu)閺?fù)位信號(hào)。這兩種改法取決于我們想要實(shí)現(xiàn)的邏輯是什么樣子的。

always @(posedge clk or posedge rst) begin
    if(rst == 1'b1)begin
        c <= 1'b1;
    end
    else begin
        c <= b;
    end       
end

第二種改法被綜合為一個(gè)FDPE。

案例九：

always @(posedge clk) begin
    if(rst == 1'b1)begin
        c <= 1'b1;
    end
    else begin
        c <= b;
    end  
    
    if(a == 1'b1)begin
        c <= d;
    end
         
end

我們?cè)賮?lái)看一段代碼：

有一組if else，如果只有這一組的話，他就應(yīng)該和案例4一樣生成一個(gè)FDSE，但是我們下面又給他加了一句if，那么他便不會(huì)將rst認(rèn)為是一個(gè)復(fù)位信號(hào)了，而是和其他if else一起生成一大堆組合邏輯。

案例十：

在案例九里面是對(duì)同一個(gè)信號(hào)進(jìn)行賦值，如果我們對(duì)不同的信號(hào)進(jìn)行賦值呢。

always @(posedge clk) begin
    if(rst == 1'b1)begin
        c <= 1'b1;
    end
    else begin
        c <= b;
    end  
    
    if(a == 1'b1)begin
        e <= d;
    end
         
end

上述代碼和案例九里面，只有當(dāng)a==1時(shí)的操作不同，一個(gè)是對(duì)c進(jìn)行賦值，另一個(gè)是對(duì)新的寄存器e進(jìn)行賦值，那么vivado就會(huì)對(duì)c和e兩個(gè)寄存器分別處理，生成如下電路：

這個(gè)代碼和我們分成兩個(gè)always寫(xiě)是一樣的：

always @(posedge clk) begin
    if(rst == 1'b1)begin
        c <= 1'b1;
    end
    else begin
        c <= b;
    end  
   
         
end


always @(posedge clk) begin
    if(a == 1'b1)begin
        e <= d;
    end
         
end

案例十一：

如果我案例九中的代碼換成異步復(fù)位呢，會(huì)發(fā)生什么：

always @(posedge clk or negedge rst) begin
    if(rst == 1'b1)begin
        c <= 1'b1;
    end
    else begin
        c <= b;
    end  
    
    if(a == 1'b1)begin
        c <= d;
    end
         
end

綜合完直接報(bào)錯(cuò)了，那么為什么案例九中沒(méi)報(bào)錯(cuò)呢。是因?yàn)槲覀兠舾辛斜砝锩嬗衏lk和rst，他們肯定不是復(fù)位就是時(shí)鐘信號(hào)嘛，vivado也會(huì)這么考慮，但是在begin end里面寫(xiě)的代碼塊，按第一個(gè)if else結(jié)構(gòu)應(yīng)該生成帶復(fù)位的觸發(fā)器，而第二個(gè)if結(jié)構(gòu)，他又不應(yīng)該生成，vivado就傻眼了，只能報(bào)錯(cuò)啊。而案例九里面，rst不在敏感列表里面，vivado還有一種選擇就是將其當(dāng)成普通信號(hào)，所以案例九生成了一大堆的組合邏輯。

案例十二：

也許會(huì)有一種想法就是把案例十一的代碼像案例十那樣改，也就是對(duì)兩個(gè)寄存器進(jìn)行賦值，如下代碼：

always @(posedge clk or posedge rst) begin
    if(rst == 1'b1)begin
        c <= 1'b1;
    end
    else begin
        c <= b;
    end  
    
    if(a == 1'b1)begin
        e <= d;
    end
         
end

不過(guò)不好意思，這種寫(xiě)法也是錯(cuò)誤的，會(huì)報(bào)錯(cuò)

這是因?yàn)槲覀冊(cè)诿舾辛斜砝锩鎸?xiě)兩個(gè)信號(hào)，但是對(duì)于e這個(gè)寄存器又都沒(méi)有使用，不會(huì)生成復(fù)位信號(hào)，那可不就接著報(bào)ambiguous clock in event control了。在上述代碼中對(duì)c的操作是不會(huì)出錯(cuò)的。

案例十三：

看到這里不知道大家有沒(méi)有注意到，在異步復(fù)位里面，我們都是posedge rst和if(rst == 1'b1)也就是高電平復(fù)位，注意這兩個(gè)是需要匹配的，如果我們寫(xiě)個(gè)posedge rst但是緊接著寫(xiě)if(rst == 1'b0)，這樣寫(xiě)是會(huì)報(bào)錯(cuò)的。

always @(posedge clk or posedge rst) begin
    if(rst == 1'b0)begin
        c <= 1'b1;
    end
    else begin
        c <= b;
    end  
   
         
end

如上代碼和報(bào)錯(cuò)，vivado也不知道他應(yīng)該是生成一個(gè)高電平復(fù)位還是一個(gè)低電平復(fù)位的電路了，所以他報(bào)錯(cuò)了。

關(guān)于異步復(fù)位還是同步復(fù)位可以參考UG949中的描述：