vivado进行仿真时，GSR信号的理解和影响

本篇重点探讨在使用vivado进行仿真时，对gsr信号的理解及其可能带来的影响。

当我们在vivado中完成FPGA设计代码与测试激励的编写后，点击“Run Simulation”以启动modelsim等仿真工具进行验证。

此时，在波形窗口中除了能看到自己定义的信号外，还会观察到一个名为GSR的信号。该信号初始为1，大约在100ns时刻由高变低，呈现为一条虚线。

这个信号从何而来？

实际上，vivado在启动仿真流程时，会自动加载一个名为glbl.v的系统级模块文件。而GSR信号正是在这个全局模块中被声明并驱动的。

它会对仿真结果产生影响吗？

通常情况下，许多工程师会选择直接隐藏或忽略该信号，认为其存在与否不影响功能验证。然而，这种做法在某些场景下可能会掩盖潜在问题。

那么GSR到底有何作用？难道只是一个冗余信号？

直到一次进行时序仿真（post-layout simulation）时，发现了一个异常现象：

图中所示为两个信号a、b经过一个与门输出y的逻辑路径，且其前级是异步复位寄存器。在GSR仍为高电平期间，尽管a和b均已稳定为高电平，但y并未如预期输出高电平；而当GSR变为0之后，电路行为恢复正常。

这表明：问题很可能出在GSR上。

进一步查看时序仿真的网表文件可知，此时所仿真的并非原始RTL代码，而是综合、实现后由FPGA底层原语构成的门级网表。

（提示：后仿真使用的是映射到实际器件结构的网表文件）

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深入查找相关元件模型（位于Xilinx的unisims库中），可以找到FDCE触发器的仿真模型定义。

继续查看FDCE内部实现细节：

可以看出，FDCE的行为受GSR信号控制——在GSR为高期间，无论D输入如何变化，Q输出都将被强制维持在初始状态（通常是0），直到GSR释放（拉低）后，寄存器才开始正常响应时钟和数据输入。

这就解释了前述bug的原因：即使用户复位已经释放，只要GSR仍处于激活状态（高电平），寄存器依然无法更新其输出。

该如何应对这种情况？

解决方案有两种思路：一是调整GSR拉低的时间点（不推荐），二是将有效激励信号的施加时间推迟至GSR释放之后。

建议做法：在进行仿真（尤其是时序仿真）时，确保所有关键信号（包括复位信号）的有效动作延迟至少100ns以上，即避开GSR的默认有效周期。

简要总结GSR的作用机制：它是FPGA内部的一个全局复位信号，用于在上电或配置完成后统一初始化所有寄存器。

在vivado仿真环境中，GSR信号的存在对于准确模拟FPGA真实启动过程至关重要。仿真器会在t=0时刻自动激活GSR一段时间（约100ns），以此模拟硬件上电后配置完成前的全局清零阶段。随后GSR自动释放，用户设计中的逻辑（包括用户自定义复位逻辑）才能真正开始运行。

因此，在波形中关注glbl.GSR的变化时机，以及各寄存器在此期间的状态转换，是验证系统启动顺序和复位可靠性的关键环节。

除非有特殊调试目的，否则不应随意屏蔽或修改GSR的默认行为，否则可能导致仿真与实际硬件行为不一致。

以上就是vivado进行仿真时，GSR信号的理解和影响的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！