一直都知道fpga中有l(wèi)atch這么一回事，但是一直都不太清楚到底什么是鎖存器，它是怎么產(chǎn)生的，它到底和寄存器有多少區(qū)別，它怎么消除。為什么說(shuō)他不好？

一，是什么

鎖存器是一種在異步時(shí)序電路系統(tǒng)中，對(duì)輸入信號(hào)電平敏感的單元，用來(lái)存儲(chǔ)信息。一個(gè)鎖存器可以存儲(chǔ)1bit的信息，通常，鎖存器會(huì)多個(gè)一起出現(xiàn)，如4位鎖存器，8位鎖存器。

鎖存器在數(shù)據(jù)未鎖存時(shí)，輸出端的信號(hào)隨輸入信號(hào)變化，就像信號(hào)通過(guò)一個(gè)緩沖器，一旦鎖存信號(hào)有效，則數(shù)據(jù)被鎖存，輸入信號(hào)不起作用。因此，鎖存器也被稱(chēng)為透明鎖存器，指的是不鎖存時(shí)輸出對(duì)于輸入是透明的。

二 鎖存器與寄存器的區(qū)別：

兩者都是基本存儲(chǔ)單元，單鎖存器是電平觸發(fā)的存儲(chǔ)器，觸發(fā)器是邊沿觸發(fā)的存儲(chǔ)器。本質(zhì)是，兩者的基本功能是一樣的，都可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。意思是說(shuō)一個(gè)是組合邏輯的，一個(gè)是在時(shí)序電路中用的，時(shí)鐘出發(fā)的。

三，鎖存器的危害：

對(duì)毛刺敏感，不能異步復(fù)位，所以上電以后處于不確定的狀態(tài)；

Latch會(huì)使靜態(tài)時(shí)序分析變得非常復(fù)雜；

在PLD芯片中，基本的單元是由查找表和觸發(fā)器組成的，若生成鎖存器反而需要更多的資源。

第三條也是最基本的原因。

四，產(chǎn)生的原因 ********ps重重之重

上面說(shuō)了那沒(méi)多只是覺(jué)得網(wǎng)上的沒(méi)把鎖存器說(shuō)明白。下面的才是重點(diǎn)。

1，case

2，if-------else if

3，always@（敏感信號(hào)表）

五 解決

1.case——————加default：

關(guān)于defalut的情況：一是可以 default：data=1‘bx；這個(gè)x表示未知，在綜合時(shí)可以避免產(chǎn)生鎖存器。在仿真時(shí)是紅線(xiàn)表示。

二是 default：data=0；這樣產(chǎn)生一個(gè)默認(rèn)的情況。

2.if-----------------------一定要有else語(yǔ)句。

3.always---------如是說(shuō)道：在賦值表達(dá)式右邊參與賦值的信號(hào)都必須在always@（敏感電平列表）中列出。

如果在賦值表達(dá)式右端引用了敏感電平列表中沒(méi)有列出的信號(hào)，那么在綜合時(shí)，將會(huì)為該沒(méi)有列出的信號(hào)隱含地產(chǎn)生一個(gè)透明鎖存器。

4. 付初值。好用的

，我們討論一下到底鎖存器是不是就是沒(méi)用的

1. Latch的本質(zhì)

Latch作為一種電路單元，必然有其存在的理由及應(yīng)用場(chǎng)景，在實(shí)際應(yīng)用中，有些設(shè)計(jì)不可避免的要使用Latch，特別是總線(xiàn)應(yīng)用上，例如，地址鎖存器，數(shù)據(jù)鎖存器，復(fù)位信號(hào)鎖存器等。但是在更多的情況下，很容易產(chǎn)生未預(yù)料到的鎖存器，使邏輯功能不滿(mǎn)足要求，浪費(fèi)大量時(shí)間。比較好的應(yīng)用規(guī)則是：要學(xué)會(huì)分析是否需要Latch以及代碼是否會(huì)產(chǎn)生意外的Latch。

通過(guò)Verilog HDL實(shí)現(xiàn)序列最大值搜索程序，并保持檢測(cè)到的最大值

• ［plain］ view plaincopymodule two_max（
• a，rst_n，abmax
• ）;
• input ［7:0］ a;
• input rst_n;
• output ［7:0］ abmax;
• reg ［7:0］ abmax_tmp;
• always @ （a or rst_n） begin
• if （！rst_n）
• abmax_tmp = 8‘h00;
• else
• if （a》abmax_tmp）
• abmax_tmp = a;
• end
• endmodule

上述代碼在ISE中的綜合結(jié)果會(huì)給出設(shè)計(jì)中包含Latch的警告。但實(shí)際上，abmax_tmp鎖存器正是我們需要的，所以，雖然有警告，但是代碼設(shè)計(jì)是沒(méi)有問(wèn)題的。將上述代碼的if語(yǔ)句補(bǔ)全：

• ［plain］ view plaincopyif （a 》 abmax_tmp）
• abmax_tmp = a;
• else
• abmax_tmp = abmax_tmp;

經(jīng)過(guò)綜合后，仍然有Latch的警告。無(wú)論Latch是否是用戶(hù)需要的，ISE都會(huì)給出警告，主要原因就是Latch對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)序性能影響較大。所以，在設(shè)計(jì)中要盡量避免Latch，但是確實(shí)需要使用的情況，也可以使用。

2. “不期望”latch

指的是與設(shè)計(jì)意圖不符，產(chǎn)生的Latch。主要問(wèn)題在于設(shè)計(jì)人員沒(méi)有合理使用Verilog HDL語(yǔ)言，常見(jiàn)的原因是對(duì)條件語(yǔ)句（if、casse）的分支描述不完整。典型例子：用Verilog HDL實(shí)現(xiàn)一個(gè)鎖存器，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)大于127時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)輸出，否則輸出0

• ［plain］ view plaincopymodule latch_demo（
• din，dout
• ）;
• input ［7:0］ din;
• output ［7:0］ dout;
• reg ［7:0］ dout;
• always @ （din） begin
• if （din》127）
• dout 《= din;
• end
• endmodule

綜合后的結(jié)果，在比較器后面級(jí)聯(lián)了鎖存器，這是因?yàn)閕f語(yǔ)句缺少else分支造成的。查看仿真結(jié)果，當(dāng)輸入小于127時(shí)，輸出保持了上次的127，不是0，沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。修改方法很簡(jiǎn)單，就是講if-else補(bǔ)全。

• ［plain］ view plaincopyif （din 》 127 ）
• dout = din;
• else
• dout = 0;

在ISE中綜合后的結(jié)果中，可以看到補(bǔ)全if-else后，在比較器后面級(jí)聯(lián)了與門(mén)，代替原來(lái)的鎖存器，仿真結(jié)果也正確。

至此，可以得到一個(gè)結(jié)論：Latch作為一種基本電路單元，會(huì)影響到電路的時(shí)序性能，應(yīng)該盡量避免使用，但出現(xiàn)Latch造成設(shè)計(jì)與意圖不符的情況，是由于設(shè)計(jì)人員代碼不正確造成的。