主要内容:
- 使用握手信号进行跨时钟域的数据信号传输
- 使用FIFO进行跨时钟域的数据信号传输
- 跨时钟域的数据信号传输总结
同步器为什么不适合用于跨时钟域数据传输过程
- 一般情况下数据信号的都是多位的,以数据总线的形式传输。
- 同步器只能降低亚稳态传输的概率,不能确保正确的同步信号。
因此如果简单的使用多组同步器进行数据信号跨时钟域传输,可能导致数据信号中多位数据在传输过程中发生错误。
时钟定义命名
前级时钟=发送时钟;
后级时钟=采样时钟=接收时钟;
1、使用握手信号进行跨时钟域的数据信号传输
根据发送时钟端数据信号的变化速率和采样时钟频率,可以分为一下三种情况。
(1)数据变化速率比采样时钟频率低
问题:上升沿检测电路检测的是什么信号的上升沿?
使用发送端的控制信号进行同步,在采样到慢时钟域发出的控制信号后,接收数据的时钟沿进行数据采样。
使用如图所示的上升沿检测信号CE作为控制信号(或数据接收的使能信号)控制数据信号的传输。
(2)数据变化速率比采样时钟频率略高
由于发送时钟比接收时钟快,对于接收时钟而言,发送时钟相当于窄脉冲。
为避免检测不到上升沿,可以结合窄脉冲捕获电路和上升沿检测电路进行边沿检测,并将结果作为使性能信号,但前提是发送时钟频率不能太快。
(3)数据变化速率比采样时钟频率快很多
问题:可能会导致数据采样不完整,数据丢失的现象。
无法使用握手信号进行数据传输,需要使用FIFO。
2、使用FIFO进行跨时钟域的数据信号传输
FIFO设计
同步FIFO架构:
如图所示为同步FIFO,DPRAM(双端RAM)作为FIFO的存储器,允许读写同步进行,由状态模块控制读写的指针和FIFO的状态。
同步fifo表示fifo状态的表示方法
异步FIFO架构:
异步FIFO用于对性能要求较高的设计中,尤其是始终延迟比系统资源更为重要的环境中。
可以使用与同步FIFO类似的双端RAM和单独读写端口实现,但是要注意产生fifo_empty和fifo_full时要避免出现亚稳态现象。
避免使用二进制计数器实现指针
在写请求有效时,写指针在写时钟作用下递增;在读请求有效时,读指针在读时钟下递增。
由于读写指针分别与其各自的时钟同步,彼此之间异步,使用二进制计数器实现指针时,可能会导致比较指针值取样错误。
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