【转载】FPGA 中的latch 锁存器

　　以下这篇文章讲述了锁存器的一些概念和注意事项。原文标题及链接：

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　　一直都知道fpga中有latch这么一回事，但是一直都不太清楚到底什么是锁存器，它是怎么产生的，它到底和寄存器有多少区别，它怎么消除。为什么说他不好？

一，是什么

锁存器是一种在异步时序电路系统中，对输入信号电平敏感的单元，用来存储信息。一个锁存器可以存储1bit的信息，通常，锁存器会多个一起出现，如4位锁存器，8位锁存器。锁存器在数据未锁存时，输出端的信号随输入信号变化，就像信号通过一个缓冲器，一旦锁存信号有效，则数据被锁存，输入信号不起作用。因此，锁存器也被称为透明锁存器，指的是不锁存时输出对于输入是透明的。

二锁存器与寄存器的区别：

　　两者都是基本存储单元，单锁存器是电平触发的存储器，触发器是边沿触发的存储器。本质是，两者的基本功能是一样的，都可以存储数据。意思是说一个是组合逻辑的，一个是在时序电路中用的，时钟出发的。

三，锁存器的危害：

　　对毛刺敏感，不能异步复位，所以上电以后处于不确定的状态；

Latch会使静态时序分析变得非常复杂；

在PLD芯片中，基本的单元是由查找表和触发器组成的，若生成锁存器反而需要更多的资源。

第三条也是最基本的原因。

四，产生的原因 ********ps重重之重

　　上面说了那没多只是觉得网上的没把锁存器说明白。下面的才是重点。

1，case

2，if-------else if

3，always@（敏感信号表）

五解决

1.case——————加default：关于defalut的情况：一是可以 default：data=1‘bx；这个x表示未知，在综合时可以避免产生锁存器。在仿真时是红线表示。二是 default：data=0；这样产生一个默认的情况。

2.if-----------------------一定要有else语句。

3.always---------如是说道：在赋值表达式右边参与赋值的信号都必须在always@（敏感电平列表）中列出。如果在赋值表达式右端引用了敏感电平列表中没有列出的信号，那么在综合时，将会为该没有列出的信号隐含地产生一个透明锁存器。

4. 付初值。好用的

六，怎么看到锁存器。

　　其实我挺讨厌网上说了好多的废话，到最后我都不知道是啥。所以我建议大家自己编成，在看看综合后的RTL图，以及技术RTL图，看看到底有什么不同，到底锁存器长啥样，漂亮不漂亮。这个是我在case语句中加入了default语句的综合结果。

　　以上两个图是没有加入的情况，可以看出明显不同。在上面的图中有由组合电路产生的与门，提供了电平触发锁存器。同时在技术RTL中多了一个LUT查找表，是为了锁存器提供使能的，当使能输出为1时锁存，使能为0时，输出正常。

不好意思代码我就不贴了。嘿嘿。ps：关键是我忘了是啥了，我就是一坑货呀。

其实挺简单地就是啊，a，b为输入，y输出。由a和b组成case（{a，b}）决定状态。

七，我们讨论一下到底锁存器是不是就是没用的

1. Latch的本质

　　Latch作为一种电路单元，必然有其存在的理由及应用场景，在实际应用中，有些设计不可避免的要使用Latch，特别是总线应用上，例如，地址锁存器，数据锁存器，复位信号锁存器等。但是在更多的情况下，很容易产生未预料到的锁存器，使逻辑功能不满足要求，浪费大量时间。比较好的应用规则是：要学会分析是否需要Latch以及代码是否会产生意外的Latch。

通过Verilog HDL实现序列最大值搜索程序，并保持检测到的最大值

module 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

　　上述代码在ISE中的综合结果会给出设计中包含Latch的警告。但实际上，abmax_tmp锁存器正是我们需要的，所以，虽然有警告，但是代码设计是没有问题的。将上述代码的if语句补全：

if (a > abmax_tmp)
abmax_tmp = a;
else
abmax_tmp = abmax_tmp;

　　经过综合后，仍然有Latch的警告。无论Latch是否是用户需要的，ISE都会给出警告，主要原因就是Latch对整个设计的时序性能影响较大。所以，在设计中要尽量避免Latch，但是确实需要使用的情况，也可以使用。

2. “不期望”latch

　　指的是与设计意图不符，产生的Latch。主要问题在于设计人员没有合理使用Verilog HDL语言，常见的原因是对条件语句（if、casse）的分支描述不完整。典型例子：用Verilog HDL实现一个锁存器，当输入数据大于127时，将输入数据输出，否则输出0

module 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

　　综合后的结果，在比较器后面级联了锁存器，这是因为if语句缺少else分支造成的。查看仿真结果，当输入小于127时，输出保持了上次的127，不是0，没有达到设计要求。修改方法很简单，就是讲if-else补全。

if (din > 127 )
dout = din;
else
dout = 0;

　　在ISE中综合后的结果中，可以看到补全if-else后，在比较器后面级联了与门，代替原来的锁存器，仿真结果也正确。

　　至此，可以得到一个结论：Latch作为一种基本电路单元，会影响到电路的时序性能，应该尽量避免使用，但出现Latch造成设计与意图不符的情况，是由于设计人员代码不正确造成的。

嘿嘿本文参考了http://blog.csdn.net/guqian110/article/details/10189301。谢谢