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在日常的电路设计中,有时候我们需要对信号进行延时处理来适应对外接口的时序关系,最经常也是最典型的情况是做处理机的接口;因为与处理的接口时序关系是异步的,而一个规范的FPGA设计应该是尽可能采用同步设计。那么遇到这种情况该如何处理呢?
首先在FPGA中要产生延时,信号必须经过一定的物理资源。在硬件描述语言中有关键词Wait for xx ns,需要说明的是该语法是仅仅用于仿真而不能用于综合的,可综合的延时方法有:
1:使信号经过逻辑门得到延时(如非门);
2:使用器件提供的延时单元(如Altera公司的LCELL);
3:用手动布局将远端和目的端的位置分别锁定在不同的位置,以增加延时;
注意:当使用多级非门的时候综合器往往会将其优化掉,因为综合器会认为一个信号非两次还是它自己。
当需要对某一信号作一段延时时,初学者往往在此信号后串接一些非门或其它门电路,此方法在分离电路中是可行的。但在FPGA中,开发软件在综合设计时会将这些门当作冗余逻辑去掉,达不到延时的效果。用ALTERA公司的、Quartus II/MaxplusII开发FPGA时,可以通过插入一些LCELL原语来产生一定的延时,但这样形成的延时在FPGA芯片中并不稳定,会随温度等外部环境的改变而改变,因此并不提倡这样做。在此,可以用高频时钟来驱动一移位寄存器,待延时信号作数据输入,按所需延时正确设置移位寄存器的级数,移位寄存器的输出即为延时后的信号。此方法产生的延时信号与原信号比有误差,误差大小由高频时钟的周期来决定。对于数据信号的延时,在输出端用数据时钟对延时后信号重新采样,就可以消除误差。
对于大的延时(>100ns)我建议的实现方法是采用时钟锁存来产生延时的方法,我们知道当一个信号用时钟锁存一次,将会占用一个触发器资源,信号会向后推移一个时钟周期;该同事的设计里CPLD芯片正好连接有32MHz的时钟,那么每用时钟锁存一次ssp信号就会推移31ns,这样只需多使用3个触发器资源就可以达到目的了。电路图和仿真波形如下图所示:当然这样做对原来信号高低电平的宽度会稍有改变,但只要是在与其接口的芯片的容许范围之内就不会影响到功能的实现。