有哪些技術(shù)方法可以處理FPGA跨時(shí)鐘域問題？

時(shí)間：2024-06-11 14:42:54

關(guān)鍵字： FPGA 跨時(shí)鐘域

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[導(dǎo)讀]以下內(nèi)容中，小編將對(duì)FPGA跨時(shí)鐘域處理技術(shù)方法進(jìn)行著重介紹和闡述

以下內(nèi)容中，小編將對(duì)FPGA跨時(shí)鐘域處理技術(shù)方法進(jìn)行著重介紹和闡述，希望本文能幫您增進(jìn)對(duì)FPGA跨時(shí)鐘域處理技術(shù)方法的了解，和小編一起來看看吧。

一、FPGA跨時(shí)鐘域處理技術(shù)方法一

1、跨時(shí)鐘域之間不能存在組合邏輯。跨時(shí)鐘域本身就容易產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)，如果在跨時(shí)鐘域之間存在組合邏輯會(huì)大大增加競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)出現(xiàn)的概率。這一點(diǎn)在實(shí)際設(shè)計(jì)中通常會(huì)因?yàn)榇中亩鴮?dǎo)致設(shè)計(jì)異常，如下邊代碼中的S_clr_flag_a_all信號(hào)，就是在擴(kuò)展時(shí)不小心使用了組合邏輯，這種情況下由于競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)，會(huì)導(dǎo)致跨時(shí)鐘域后的b信號(hào)出現(xiàn)一個(gè)clk的異常電平。

此時(shí)的跨時(shí)鐘域電路為：

正確的處理方法是使用時(shí)序邏輯進(jìn)行擴(kuò)展：

正確的電路為：

2、跨時(shí)鐘域信號(hào)要集中在一個(gè)位置跨時(shí)鐘域，然后再使用，不能分別跨時(shí)鐘域處理。

如下圖，a時(shí)鐘域的a信號(hào)要在b信號(hào)內(nèi)的b和b2兩個(gè)位置使用，正確的處理如下：

錯(cuò)誤的處理方式如下，這種處理方式下，由于b和b2分別做的跨時(shí)鐘域，由于時(shí)鐘抖動(dòng)、走線路徑的原因，會(huì)導(dǎo)致b和b2不同步，如果該信號(hào)是一個(gè)關(guān)鍵的控制信號(hào)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)異常，要注意避免這種情況的發(fā)生。

二、FPGA跨時(shí)鐘域處理技術(shù)方法二

將ADC采樣的數(shù)據(jù)寫入RAM時(shí)，需要產(chǎn)生RAM的寫地址，但我們讀出RAM中的數(shù)據(jù)時(shí)，肯定不是一上電就直接讀取，而是要等RAM中有ADC的數(shù)據(jù)之后才去讀RAM。這就需要100MHz的時(shí)鐘對(duì)RAM的寫地址進(jìn)行判斷，當(dāng)寫地址大于某個(gè)值之后再去讀取RAM。

在這個(gè)場(chǎng)景中，其實(shí)很多人都是使用直接用100MHz的時(shí)鐘于RAM的寫地址進(jìn)行打兩拍的方式，但RAM的寫地址屬于多bit，如果單純只是打兩拍，那不一定能確保寫地址數(shù)據(jù)的每一個(gè)bit在100MHz的時(shí)鐘域變化都是同步的，肯定有一個(gè)先后順序。如果在低速的環(huán)境中不一定會(huì)出錯(cuò)，在高速的環(huán)境下就不一定能保證了。所以更為妥當(dāng)?shù)囊环N處理方法就是使用格雷碼轉(zhuǎn)換。

對(duì)于格雷碼，相鄰的兩個(gè)數(shù)間只有一個(gè)bit是不一樣的（格雷碼，在本文中不作詳細(xì)介紹），如果先將RAM的寫地址轉(zhuǎn)為格雷碼，然后再將寫地址的格雷碼進(jìn)行打兩拍，之后再在RAM的讀時(shí)鐘域?qū)⒏窭状a恢復(fù)成10進(jìn)制。這種處理就相當(dāng)于對(duì)單bit數(shù)據(jù)的跨時(shí)鐘域處理了。

對(duì)于格雷碼與十進(jìn)制互換的代碼，僅提供給大家作參考：