Forum: FPGA, VHDL & Co. Reset notwendig?


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von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Guten Morgen,

irrtümlich hatte ich angenommen, dass in solch einem Block:
1
process(clk)
2
begin
3
  if rising_edge(clk) then
4
    if reset='1' then
5
      -- initialisierung
6
    else
7
      -- sonstiges
8
    end if;
9
  end if;
10
end process;

die Initialisierungen im reset-Teil nach der Konfiguration des FPGAs 
ausgeführt werden würden, was aber nicht passiert.

Der Reset hängt bei mir an einem externen Taster - ich brauche ihn aber 
eigentlich nie.

Was spricht dagegen, den Reset und alle reset-Ifs einfach wegzulassen 
und die Initialisierung quasi einmalig mit Default-Werten durchzuführen?

(besp: signal data : std_logic_vector(31 downto 0) := (others => '0') )

Die Reset-Blöcke verbrauchen unnötig viel Resourcen, für das, dass 
niemals der Reset ausgelöst wird.

Falls ein Reset notwendig sein müsste - weil sich irgendwas verklemmt 
hat - könnte man doch genauso gut das FPGA neu konfigurieren?

Viele Grüße,
Mampf

von Thomas W. (diddl)


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Mampf F. schrieb:
> Was spricht dagegen, den Reset und alle reset-Ifs einfach wegzulassen
> und die Initialisierung quasi einmalig mit Default-Werten durchzuführen?

Da spricht nichts dagegen, wenn du die Reset Funktion eigentlich nie 
brauchst.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Mampf F. schrieb:
> Was spricht dagegen, den Reset und alle reset-Ifs einfach wegzulassen
> und die Initialisierung quasi einmalig mit Default-Werten durchzuführen?
Dagegen spräche nur, dass dein Synthesizer oder dein FPGA keine 
Initialwerte kann. Wenn sowohl der Synthesizer als auch das FPGA mit 
Initwerten umgehen kann, dann musst du keine Reset-Pfade einbauen, wenn 
du keine brauchst.

Siehe zu dieser immer wiederkehrenden Frage auch den 
Beitrag "FlipFlop initial value bei MachXO2?" und die darin enthaltenen 
Links...

: Bearbeitet durch Moderator
von Markus F. (mfro)


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Je nach FPGA mag es noch einzelne Besonderheiten geben, die einem nicht 
auf den ersten Blick offensichtlich werden.

Bei (zumindest manchen) Altera/Intel Käfern führt ein von '0' 
verschiedener Initialwert beispielsweise dazu, dass sich solche Register 
nicht mehr in die IOB's verschieben lassen, die 
"FAST_OUTPUT_REGISTER"-Option also unwirksam wird.

von Da D. (dieter)


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Markus F. schrieb:
> Bei (zumindest manchen) Altera/Intel Käfern führt ein von '0'
> verschiedener Initialwert beispielsweise dazu, dass sich solche Register
> nicht mehr in die IOB's verschieben lassen, die
> "FAST_OUTPUT_REGISTER"-Option also unwirksam wird.

Das liegt daran, dass das FPGA (zumindest bei der Cyclone Familie) 
eigentlich keine Init-Werte unterstützt. Alle FFs wachen immer mit 0 
auf. Für Register, die eine 1 bekommen sollen, baut der Synthesizer vor 
und hinter das FF einen Inverter. Das geht bei IO Zellen natürlich 
nicht.

: Bearbeitet durch User
von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Markus F. schrieb:
> Bei (zumindest manchen) Altera/Intel Käfern führt ein von '0'
> verschiedener Initialwert beispielsweise dazu, dass sich solche Register
> nicht mehr in die IOB's verschieben lassen, die
> "FAST_OUTPUT_REGISTER"-Option also unwirksam wird.

Oha, das wusste ich nicht!

Ich hatte tatsächlich vorher erst den Fall, dass ich einen Init-Wert von 
'0' auf '1' ändern musste und ich mich danach gewundert habe, wieso das 
Design plötzlich 5MHz weniger kann.

Da D. schrieb:
> Das liegt daran, dass das FPGA (zumindest bei der Cyclone Familie)
> eigentlich keine Init-Werte unterstützt. Alle FFs wachen immer mit 0
> auf. Für Register, die eine 1 bekommen sollen, baut der Synthesizer vor
> und hinter das FF einen Inverter. Das geht bei IO Zellen natürlich
> nicht.

Ist tatsächlich ein Intel/Alter Cyclone (10 LP).

Das heißt, es könnte sinnvoller sein, die Init-Werte zu entfernen und 
beim Start des FPGAs den Reset intern einmal zu triggern, damit alles 
korrekt initialisiert wird?

von Da D. (dieter)


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Mampf F. schrieb:
> Das heißt, es könnte sinnvoller sein, die Init-Werte zu entfernen und
> beim Start des FPGAs den Reset intern einmal zu triggern, damit alles
> korrekt initialisiert wird?

Ja, für Intel ist die Designstrategie normalerweise einen asynchronen 
Reset zu beschreiben, und diesen Reset mit '1' zu initialisieren. Sobald 
alle PLLs gelockt sind (bzw. alle Taktquellen stabil sind), wird der 
Reset synchron zum Takt auf 0 gesetzt.

von Mampf F. (mampf) Benutzerseite


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Da D. schrieb:
> Ja, für Intel ist die Designstrategie normalerweise einen asynchronen
> Reset zu beschreiben, und diesen Reset mit '1' zu initialisieren. Sobald
> alle PLLs gelockt sind (bzw. alle Taktquellen stabil sind), wird der
> Reset synchron zum Takt auf 0 gesetzt.

Ok, verstanden :)

Das heißt, ich muss aber im Reset-Teil nur Signale / Variablen 
initialisieren, die einen anderen Init-Wert als '0' haben, richtig?

: Bearbeitet durch User
von Da D. (dieter)


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Mampf F. schrieb:
> Das heißt, ich muss aber im Reset-Teil nur Signale / Variablen
> initialisieren, die einen anderen Init-Wert als '0' haben, richtig?

Nein :)

Und zwar aus 2 Gründen:
1) Du möchtest nicht, dass ein Teil der Logik schon los läuft, während 
andere Register noch im Reset gehalten werden.
2) In einem Prozess nur manche Register zu resetten hat mehr 
Logikverbrauch zur folge. Das ist nicht ganz offensichtlich. Folgendes 
Beispiel:
1
process(all)
2
begin
3
  if reset then
4
    a <= '0';
5
  elsif rising_edge(clock)
6
    a <= x;
7
    b <= y;
8
   end if;
9
end process;

Welches Verhalten ist nun für das FF 'b' beschrieben? Da steht, 
übernehme den Wert 'y', aber nur wenn nicht der reset = 1 ist. Und diese 
zusätzliche Bedingung (wenn nicht ...) muss extra in Logik abgebildet 
werden.

von cfgardiner (Gast)


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Auch wenn mir viele, vor allem Xilinx, Entwickler widersprechen, ich 
bleibe dabei. Jede finite Schaltung braucht einen Reset. Favorisieren 
tue ich eine asynchronen, der von einem Reset Generator, ACPI Reset etc. 
ausgelöst werden kann. Aber in Grunde genommen ist es egal, ob synchron 
oder asynchron.

Betrachte es etwas makroskopischer ..... was war der Urknall ausser ein 
gigantischer alles erreichender Reset ;)

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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cfgardiner schrieb:
> Aber in Grunde genommen ist es egal, ob synchron oder asynchron.
Auf jeden Fall muss so ein Reset aber synchron deaktiviert werden. 
Sonst geht das garantiert irgendwann schief. Designs mit vollkommen 
asynchronem Reset sind solche, die manchmal nicht richtig "anlaufen". 
Wenn sie es aber tun, dann laufen sie tagelang ohne Probleme...

von Da D. (dieter)


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cfgardiner schrieb:
> Jede finite Schaltung braucht einen Reset.

Kannst du das auch begründen? Oder sollen wir das einfach glauben, weil 
du das halt so sagst?

von cfgardiner (Gast)


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Da D. schrieb:
>> Jede finite Schaltung braucht einen Reset.
>
> Kannst du das auch begründen? Oder sollen wir das einfach glauben, weil
> du das halt so sagst?

Mei, das wäre tatsächlich eine Möglichkeit. Allerdings gehört es nicht 
zu meinen Lebenszielen möglichst viele "Followers" zu haben. Wenn du 
andere Meinung bist und es läuft bei dir ....

Allerdings zur Begründung vielleicht zwei Anregungen:
1) Simulierst du? Schreibst du dein HDL möglichst so, dass es über 
Hersteller hinweg portable ist? Arbeitest du mit einem verschiedenen 
Simulatoren? Mache mal ein Paar Testcases mit und ohne Reset und 
vergleiche die dabei entstehende Probleme, Zeitaufwände etc.

2) Ich behaupte die meisten FPGAs können als Ansammlung von FSMs 
betrachtet werden, ausser vielleicht wenn es rein um Datenschieber geht, 
bei dem die 'X' Zustände irgendwann aus dem Datenpfad ausgepustet 
werden. Der nächste Zustand eines FSM ist abhängig vom aktuellen Zustand 
+ die neue Stimuli. Wenn ich aber den aktuellen Zustand nicht genau 
kenne weil ich keinen definierten Startzustand hatte, was macht meine 
Logik dann? Ist es reproduzierbar?

von Sigi (Gast)


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Ich kann nur für wenige Tools und einge Versionen sprechen:

Altera: seit sicher 7.x werden in HDL Initial Values
unterstützt, mindestens ab Cyclone1 (hab ich Heute noch
für RetroComputing-Sachen in Betrieb, an meinen letzen
Reset für's Defaulten kann ich mich beim besten Willen
nicht mehr erinnern).

Xilinx: bis ISE 4.x (oder 5.x???) kann man zwar
Initial Values angeben, es wird aber eine Warnung
ausgegeben (Value wird ignoriert). Ab ISE 6.x dagegen
werden Initial Values unterstützt (kann aber sein,
dass einige Devices dies nicht unterstützen).

Lattice: ab mindestens Diamond 2.x (ältere auch?) werden
auch hier Initial Values unterstützt, evtl. Deviceabhängig,
ich kenne nur wenige Lattice FPGAs/CPLDs. Bei ICE40 etc.
gibt's eigene Entwicklungstools, bei denen kenne ich mich
aber nicht aus.

Von jedem dieser Entwicklungstools kenne ich nicht nur
den Konfigurationsvorgang, ich habe an konkreten DevBoards
Powerup-Sequenzen per LA nachvollzogen (man will sich
ja nicht böse überraschen lassen).

Oben wurde behauptet, Altera's QuartusII kann FFs mit
InitialValues nicht in IO-Zellen packen. Auch dass kann
ich nicht bestätigen bzw. halte ich für falsch. Z.B.
kann per IP-Wizard IO-FFs erzeugt und mit Default-Werten
zugeordnet werden, ebenso per HDL erzeugte FFs mit
Constraints sind in IOs plazierbar.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Neben den schon zahlreichen Anmerkungen sollte man auch noch 
berücksichtigen, dass etliche "harte" Funktionsblöcke in FPGA einen 
synchronen Reset voraussetzen, so z.B. Block RAMs. Wird jedoch ein 
asynchroner Reset verwendet, kann dies dazu führen, dass stattdessen ein 
Gattergrab synthetisiert wird.

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