数字IC设计——跨时钟域篇4（多比特处理）

Posted 2021-10-10 摆渡沧桑

数字IC设计——跨时钟域篇4（多比特处理）

一、 两级触发器的问题

1. 两级触发器存在的问题
   如果简单的按照单比特信号穿越方法各bit打两拍单独穿越，则会造成各个bit穿越时间不一致（寄存器对于每个信号的延迟时间不一样），则会造成另一个时钟域里面有一些被前一个时钟沿采到了，有些被后面的采到了，导致目的时钟域采到的值错误，造成中间态无意义的数据。
   
2. 解决多比特跨时钟域方法

• 如果多比特信号之间存在逻辑关联性，可以在源时钟域将信号合成一个单一的控制信号，然后进行两级寄存器同步。
  下左图是错误的处理方式，右图是正确的处理方式；
  
• RTL 代码

module twobits_cdc (
  input  clka ,
  input  clkb ,
  input  rst_n,
  input  lden  ,
  input  load  ,
  output a_lden  
);

reg b_lden;
reg b_load;
reg b_lden;

reg a_lden;
reg a_d;

always@(posedge clkb or  negedge rst_n) begin
  if (!rst_n) 
    b_lden <= 0;
    b_load <= 0;
  else 
    b_lden <= lden;
    b_load <= load;
end

always@(posedge clka or negedge rst_n) begin
  if (!rst_n) begin
    a_d 	<= 0;
    a_lden  <= 0;
    b_lden 	<= 0;
  end
  else  begin
  	b_lden 	<= b_load & b_lden ;
    a_d 	<= b_lden;
    a_lden 	<= a_d;
  end
end

endmodule

二、多比特信号跨时钟域的处理方法

1. 格需码编码
   通过编码的方式将多位信号转化为每次只有一位变化的信号，将“多比特”的跨时钟域变换成“单比特”进行处理。

2. 异步FFO
   异步FIFO融合了寄存器同步，格雷码编码，握手控制等处理方式，是处理跨时钟域数据传输最常用的方式。

3. 握手处理
   所谓握手，是指通信双方使用了专用控制信号进行数据收发的状态指示。这个控制信号既有发送域给接收域的，也有接收域给发送域的，有别于前面的单向控制信号检测方式。类似于DMA与外设模块的通信，会用到dma_req,dma_ack

三、格雷码转换

格雷码可以通过算法与二进制编码进行相互转换，相邻两个编码之间只有一位不同。

1. 格雷码是一种特殊的二进制编码方式，在一定程度上优于二进制编码
2. 可以通过算法与二进制编码进行相互转换
3. 相邻两个编码之间只有一位不同