[轉]FPGA的邊沿檢測


以前我曾一度傻乎乎的使用

always @ (posedge signal)

這樣的代碼去檢測signal的上升沿,鬧出了很多問題。

當受實驗室的一同學指教后,再也不會傻乎乎的這樣干了。當然,你看完下文也不會這樣干了。

檢測上升沿的原理:使用高頻的時鍾對信號進行采樣,因此要實現上升沿檢測,時鍾頻率至少要在信號最高頻率的2倍以上,否則就可能出現漏檢測。具體請參見下面代碼。

module edge_check(clk, rst_n, signal, pos_edge, neg_edge, both_edge);

input clk;
input rst_n;
input signal;
output pos_edge;
output neg_edge;
output both_edge;


reg sig_r0, sig_r1;  // 狀態寄存器
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
    if (!rst_n) begin 
        sig_r0 <= 1'b0;
        sig_r1 <= 1'b0;
    end else begin 
        sig_r0 <= signal;
        sig_r1 <= sig_r0;
    end 

assign pos_edge = (~sig_r1) & (sig_r0);
assign neg_edge = sig_r1 & (~sig_r0);   
assign both_edge = sig_r1 ^ sig_r0;  // 雙邊沿檢測,或pos_edge|neg_edge

endmodule 

用Quartus II綜合布線之后的RTL視圖如下:

check_regs

從RTL視圖中可以看出,電路是通過一個異步復位的D觸發器實現的。

ModelSim的仿真視圖如下,從中可看出已檢測出上升和下降沿,但存在一個延時,這是因為使用了時鍾同步的檢測。

modelsim1

或者上面的Verilog代碼還可以換一種寫法,效率上差不了太多;

module edge_check(clk, rst_n, signal, pos_edge, neg_edge, both_edge);

input clk;
input rst_n;
input signal;
output pos_edge;
output neg_edge;
output both_edge;

reg [1:0]sig_fifo;
reg sig_r0, sig_r1;  // 狀態寄存器
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
    if (!rst_n) begin 
        sig_fifo <= 2'b0;
    end else begin 
        sig_fifo <= {sig_fifo[0], signal};
    end 

assign pos_edge = (sig_fifo == 2'b01);
assign neg_edge = (sig_fifo == 2'b10);  
assign both_edge = sig_fifo[0] ^ sig_fifo[1];  // 雙邊沿檢測,或pos_edge|neg_edge

endmodule 

生成的RTL視圖為

check_fifo

 

 

單對於此小問題,當然采用倍頻實現雙沿計數也是可行的,但是我們不要忘記,倍頻器在很多CPLD或FPGA中是不支持的,即便支持其資源也是很寶貴的。
我看到的一些設計中,動輒采用某一信號作為時鍾,應該說這種做法是欠妥的。因為不是全局時鍾的時鍾信號最大扇出是有限的,其很難保證時鍾延時應小於信號延時的基本要求。當遇到要對某個信號的跳變沿處理時,建議采用上述小例子的處理辦法。


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