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16,verilog之锁存器和触发器


微信公众号:FPGA动力联盟


锁存器(Latch)和触发器(Flip-Flop)是时序逻辑新引入的概念,一般而言在一个系统里只会采用一种类型的器件。这样设计起来简单,而且不会存在不能实现的情况。

锁存器主要有RS锁存器和门控D锁存器这两种,触发器主要包括RS触发器、D触发器、JK触发器以及T触发器这四种。

锁存器和触发器分别对应异步逻辑和同步逻辑。我们常说触发器之所以可以减少电路的毛刺错误——注意是减少,不是完全避免——主要是因为只有在时钟沿的时刻,触发器的输入信号才有效,而锁存器却在整个电平有效。一个沿遇到毛刺的机会,自然比持续性的电平小很多!

下表为锁存器和触发器的对比情况:


锁存器(Latch)



触发器(Flip-Flop)



电路



异步时序逻辑



同步时序逻辑



触发条件



电平触发



沿触发



功能



信号在输入信号电平变化时,根据真值表变化



信号在时钟上升或下降沿,根据真值表变化



优点



面积小,锁存器完成同一功能所需的门较触发器少,因此在ASIC中用的较多。

锁存器比触发器快,在CPU的设计中很常见,正是它的应用使得CPU速度比外部IO部件逻辑快很多。



时序分析简单

相对产生毛刺可能性低

FPGA具备最基本的触发器单元。



缺点



时序分析困难,锁存器容易产生毛刺,锁存器在ASIC的设计中比触发器简单,但在FPGA中,没有锁存器资源,因此需要一个逻辑门和触发器共同组成锁存器,浪费FPGA资源。



面积较大,运行速度低于锁存器。



典型代码



always@(*)

……



always@(posedge clk)

……

Or

always@(negedge clk)

……


实际工程中,很少有人能遇到设计CPU的大佬,在FPGA及ASIC的设计中最常用的器件还是D触发器(DFF),尽量避免使用锁存器。

参考文献:

1,verilog传奇——从电路出发的HDL代码设计

2,verilog编程艺术


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