结绳法-跨时钟域.docx

关于FPGA异步时钟采样-结绳法的点点滴滴2011-09-16 19:12:05|分类：Verilog|举报|字号订阅一.典型方法 典型方法即双锁存器法，第一个锁存器可能出现亚稳态，但是第二个锁存器出现亚稳态的几率已经降到非常小，双锁存器虽然不能完全根除亚稳态的出现(事实上所有电路都无法根除，只能尽可能降低亚稳态的出现)，但是基本能够在很大程度上减小这种几率。最后的一个D触发器和逻辑电路组成的是一个采沿（上升沿，修改一下就能采集下降沿）电路，即当第二个锁存器的输出中出现1个上升沿，那么最后的逻辑输出就会产生1个clock的高电平脉冲二.结绳法1.结绳法1:利用数据的边沿作时钟（例子中上升沿）。（可以将脉冲无限延长，直到可以采集到数据，然后复位，要考虑产生数据的频率）。实例1说明：这种结绳法的原理是，数据作为Din_clkA，即当数据有上升沿(0-1)时，寄存器1的输出将会稳定在高电平，此时等待clkB采样， 当clkB完成采样后，寄存器4会输出高电平，若此时Din_clkA为高(为低复位时候吧？)电平，那么即可完成复位，开始下一次采样等待。 这里需要注意的是当数据来临(即上升沿)时，clkB域需要等待3个clkB才会在寄存器4输出并完成输入端的复位，所以Din如果变化较快即持续时间短于3个clkB，也就是clkA频率大于clkB的1/3，那么这时Din的变化将无法被采样到，因为clkB域需要3个clkB才能完成采样，并且此时Din必须是低电平才能复位，并且复位后的0也要延迟3个clkB才能到达输出端. 因此说，在慢时钟采样快时钟的时候，结绳法适合采样数据较少(即脉冲间隔较大)的控制信号。即脉冲间隔Ta3Tb;即等待3个clkB时钟后，完成复位，才允许下一个输入脉冲。实例2 说明：与实例1的区别是，这种复位更迅速，不需要等到clkA为低电平，即可完成复位。复位后，经过3个clkB，寄存器24相继复位2结绳法2：利用数据作为异步复位，置位信号。（适合将不足时钟宽度的脉冲扩展1周期）实例1：输入高脉冲（clka域），输出高脉冲（clkb域） 说明：当clkB因为太慢，没有采到din_clkA时，din_clkA的高电平脉冲会异步置位，即寄存器1从clkA的上升沿开始到clkB的下一个上升沿之间输出为高，寄存器2采样到高电平，并持续1个clkB，高电平持续时间为1个clkB多一点；从而将不足一个始终宽度的脉冲扩展为一个周期. 当clkB足够快，其上升沿采到了din_clkA时，置位作用从clkA的上升沿开始，跨越了clkB的上升沿，那么输出高电平持续了2个clkB还多一点，因为寄存器1持续了1个周期多一点。实例2：输入高脉冲（clka域），输出低脉冲（clkb域） 说明：同上实例3：输入低脉冲（clka域），输出低脉冲（clkb域） 说明：同上实例4：输入低脉冲（clka域），输出高脉冲（clkb域） 说明：同上3结绳法3：输入作为数据输入，同样也是检测高有效后，输出一直为高，异步时钟域可以采集到数据后再复位。因为没有将输入作为时钟，或者作为异步set，reset，所以这类方便比较常用。参考代码： module sync_clk1_clk2( clk1 , rst_n1 , clk2 , rst_n2 , data_clk1_i , data_clk2_o );input clk1 ;input rst_n1 ;input clk2 ;input rst_n2 ;input data_clk1_i ;output data_clk2_o ;reg data_clk1_q1 ;reg data_clk1_q2 ;reg data_clk2_q1 ;reg data_clk2_q2 ;reg data_clk2_q3 ;reg data_clk2_q4 ;reg data_clk2_q5 ;wire data_clk1 ;assign data_clk1 = data_clk1_i | ( !data_clk2_q5 & data_clk1_q1) ;always(posedge clk1 or negedge rst_n1)begin if(!rst_n1) begin data_clk1_q1 = #1 b0; data_clk1_q2 = #1 b0; end else begin data_clk1_q1 = #1 data_clk1 ; data_clk1_q2 = #1 data_clk1_q1; endendalways(posedge clk2 or negedge rst_n2)begin if(!rst_n2) begin data_clk2_q1 = #1 b0; data_clk2_q2 = #1 b0; data_clk2_q3 = #1 b0; end else begin data_clk2_q1 = #1 data_clk1_q1; data_clk2_q2 = #1 data_clk2_q1; data_clk2_q3 = #1 data_clk2_q2; endendalways(posedge clk1 or negedge rst_n1)begin if(!rst_n1) begin data_clk2_q4 = #1 b0; data_clk2_q5 = #1 b0; end else begin data_clk2_q4 = #1 data_clk2_q2; data_clk2_q5 = #1 data_clk2_q4; endendassign data_clk2_o = data_clk2_q2 & data_clk2_q3 ;endmodule仿真：4.结绳法3：利用握手协议：（可以将脉冲无限延长，直到可以采集到数据，然后复位，要考虑产生数据的频率）。 Pulse2Toggle Synchronization Toggle2Pluse Toggle2Pluse Synchronization Pluse2Toggle 说明： 结绳模块(Pluse2Toggle): 负责延长待采样信号 同步模块(Synchronization)：负责双触发器锁存 解绳模块(Toggle2Pluse)： 负责将长信号转换成脉冲信号参考代码：/=/ Created by : L/ Filename : handover.v/ Author : Python_Wang/ Created On : 2009-02-19 19:31/ Last Modified : 2009-02-20 08:38/ Description : / / /=module handover(rst_n ,ClkA ,Req_ClkA ,Ack_ClkA ,ClkB ,Dvld_ClkB );input rst_n ;input ClkA ;input Req_ClkA ;input ClkB ;output Ack_ClkA ;output Dvld_ClkB ;reg Dvalid_ClkB ;reg Q_Dvalid_ClkB ;reg Dvalid_ClkA ;always(posedge ClkA) begin if(!rst_n) begin Dvalid_ClkA = #1 1b0; end else if(Req_ClkA) begin Dvalid_ClkA = #1 Dvalid_ClkA ; endendreg Q1_ClkB ;reg Q2_ClkB ;reg Q3_ClkB ;always(posedge ClkB) begin if(!rst_n) begin Q1_ClkB = #1 b0; Q2_ClkB = #1 b0; Q3_ClkB = #1 b0; end else begin Q1_ClkB = #1 Dvalid_ClkA ; Q2_ClkB = #1 Q1_ClkB ; Q3_ClkB = #1 Q2_ClkB ; endendwire Req_ClkB = Q2_ClkB Q3_ClkB ;always(posedge ClkB) begin if(!rst_n) begin Dvalid_ClkB = #1 b0; Q_Dvalid_ClkB = #1 1b0; end else if(Req_ClkB) begin Dvalid_ClkB = #1 Dvalid_ClkB ; Q_Dvalid_ClkB = #1 Dvalid_ClkB ; endendalways(posedge ClkB) begin if(!rst_n) begin Q_Dvalid_ClkB = #1 1b0; end else begin Q_Dvalid_ClkB = #1 Dvalid_ClkB ; endendreg Q1_ClkA ;reg Q2_ClkA ;reg Q3_ClkA ;always(posedge ClkA) begin if(!rst_n) begin Q1_ClkA = #1 b0 ; Q2_ClkA = #1 b0 ; Q3_ClkA = #1 b0 ; end else begin Q1_ClkA = #1 Dvalid_ClkB ; Q2_ClkA = #1 Q1_ClkA ; Q3_ClkA 2(cl