同步复位，异步复位，异步释放同步复位

复位：
复位是一种操作，可以使电路中某些寄存器的值为我们指定一个初始值，从而使电路能够正常工作；
Removal timing check
复位信号的removal time是指在时钟有效沿来临之后，异步复位信号需要继续保持有效的最短时间。满足这个最短时间才能确保对寄存器进行正常的复位。Removal time check的波形图如下图所示。
Recovery timing check
recovery time是指在时钟有效沿到来之前，复位信号保持高电平的最短时间。即复位信号变到非复位状态的电平必须在clk之前一定的时间到达。满足这个Recovery time，可以确保在时钟有效沿来临时，异步复位信号处于无效状态，从而确保正常的数据采样。

复位信号分类：
同步复位：只有在时钟上升沿到来时，才能生效，否则无法完成对系统的复位工作。

always@(posedge clk)
if(~rst_n)
    q<=0;
else
    q<=d;
1
2
3
4
5

优点：
1、有利于仿真；
2、有利于消除毛刺信号；
3、整个电路都是同步电路，综合得到的时钟频率较高。
缺点：
1、复位信号必须要被系统识别才能完成复位任务；
2、由于大多数的逻辑器件的目标库内的DFF都只有异步复位端口，所以，倘若采用同步复位的话，综合器就会在寄存器的数据输入端口插入组合逻辑，耗费较多的逻辑资源。

异步复位：无论时钟沿是否到来，只要复位信号有效就对系统进行复位。

always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
    q<=0;
else
    q<=d;
1
2
3
4
5

优点：
1、逻辑i器件的目标库内有异步FIFO复位端口，可以节省资源；
2、设计相对简单；
3、异步复位信号识别方便，可以很方便的使用FPGA的全局复位端口。
缺点：
1、在复位信号释放（reset）的时候容易出现问题。具体来说：倘若复位释放时恰恰在时钟有效沿附近，就很容易使寄存器输出出现亚稳态，从而导致亚稳态；
2、复位信号容易受到毛刺影响。

异步复位，同步释放：复位信号来的时候不受时钟的控制，在复位信号释放的时候收到时钟信号的的同步。

分析
异步复位
当rst_async_n有效时，第一个D触发器的输出是低电平，第二个D触发器的输出rst_sync_n也是低电平，方框2中的异步复位端口有效，输出被复位。
同步释放
假设rst_async_n撤除时发生在clk上升沿，如果不加此电路则可能发生亚稳态事件。加上此电路以后，假设第一级D触发器clk上升沿时rst_async_n正好撤除，则D触发器1可能输出高电平，也可能输出亚稳态，也可能输出低电平。但此时第二级触发器不会立刻变高，它要么复位为0，要么跟随前一级触发器的输出Q1，而前一级触发器的输出Q1为0，因此，无论如何第二级触发器的输出都为0，而触发器1的输出，若稳定后Q1为1，那么rst_sync_n在下一个周期被拉高，实现同步释放；如果稳定后的Q1为0，那么下个周期rst_sync_n仍为0，但此时由于rst_async_n已经为高，所以Q1在下一个周期必为1，那么rst_sync_n在下一个时钟上升沿到来时被拉高，也实现了同步释放，只是晚了一个周期而已。
下面是异步复位同步释放的RTL代码实现:

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  
1
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12

利用前面两级触发器实现。特点：
1、第一级触发器的数据端口是接电源，即高电平1’b1。
2、第一级触发器的输出，不能使用，因为仍存在亚稳态的危险。两级触发器做同步，是非总线信号的最常见异步处理方法。总线信号的异步处理方法，最常见的是异步fifo实现。

总结：
1、复位同步器，第二个触发器当复位释放的时候，是否会带来亚稳态，比如reset释放和时钟之间存在recovery和removal timing违反怎么办？结论是：没有亚稳态，无需担心。
2、只有当DFF的数据输入端口和数据输出端口，存在值不同的情况下，才会有recovery timing/removal timing问题。
3、第1个dff的数据输入端口和数据输出端口，在异步复位释放的时刻，是1和0，所以会有竞争冒险，有概率产生亚稳态；
4、第2个dff的数据输入端口和数据输出端口，在异步复位释放的时刻，是0和0，所以不存在竞争冒险，不会产生亚稳态。
5、因为第1个dff有概率产生亚稳态，为了防止传播，所以，多加几级dff，降低亚稳态的传播概率是有益处的。