FPGA設計中對輸入信號的處理

1.輸入信號為什么要寄存

一般來說，在全同步設計中，如果信號來自同一時鐘域，各模塊的輸入不需要寄存。只要滿足建立時間，保持時間的約束，可以保證在時鐘上升沿到來時，輸入信號已經穩定，可以采樣得到正確的值。但是如果模塊需要使用輸入信號的跳變沿(比如幀同步信號)，千萬不要直接這樣哦。

always @ (posedge inputs)
begin
...
end

2.所有信號都需要寄存兩拍嗎

如果這個輸入信號來自異步時鐘域(比如FPGA芯片外部的輸入)，必須寄存兩拍。第一拍將輸入信號同步化，同步化后的輸出可能帶來建立/保持時間的沖突，產生亞穩態。需要再寄存一拍，減少(注意是減少)亞穩態帶來的影響。

如果這個輸入信號來自于同一時鐘域且需要用到跳變沿，需要寄存一拍。否則時序報告多半會報clock skew > data delay，造成建立/保持時間的沖突。

總而言之，五條原則：

1.全局時鐘的跳變沿最可靠。
2.來自異步時鐘域的輸入需要寄存一次以同步化，再寄存一次以減少亞穩態帶來的影響。
3.不需要用到跳變沿的來自同一時鐘域的輸入，沒有必要對信號進行寄存。
4.需要用到跳變沿的來自同一時鐘域的輸入，寄存一次即可。
5.需要用到跳變沿的來自不同時鐘域的輸入，需要用到3個觸發器，前兩個用以同步，第3個觸發器的輸出和第2個的輸出經過邏輯門來判斷跳變沿。

給出一個verilog模板：

always @ (posedge Clk) //不對輸入信號進行寄存
begin
if (inputs)
begin
...
end
...
end

always @ (posedge Clk) //對輸入信號寄存一拍
begin
inputs_reg = inputs;
if (inputs_reg == 1b0 inputs == 1b1)
begin
...
end
...
end

always @ (posedge Clk) //對輸入信號寄存三拍
begin
inputs_reg1 = inputs;
inputs_reg2 = inputs_reg1;
inputs_reg3 = inputs_reg2;
if (inputs_reg2 == 1b1 inputs_reg3 == 1b0)
begin
...
end
...
end