基于FPGA的跨時(shí)鐘域信號(hào)處理——專用握手信號(hào)

1、基于fpga的跨時(shí)鐘域信號(hào)處理專用握手信號(hào) 在規(guī)律設(shè)計(jì)領(lǐng)域，只涉及單個(gè)時(shí)鐘域的設(shè)計(jì)并不多。尤其對(duì)于一些復(fù)雜的應(yīng)用，往往需要和多個(gè)時(shí)鐘域的信號(hào)舉行通信。異步時(shí)鐘域所涉及的兩個(gè)時(shí)鐘之間可能存在相位差，也可能沒(méi)有任何頻率關(guān)系，即通常所說(shuō)的不同頻不同相。 圖1是一個(gè)跨時(shí)鐘域的異步通信實(shí)例，發(fā)送域和接收域的時(shí)鐘分離是clk_a和clk_b。這兩個(gè)時(shí)鐘頻率不同，并且存在一定的相位差。對(duì)于接收時(shí)鐘域而言，來(lái)自發(fā)送時(shí)鐘域的信號(hào)data_a2b有可能在任何時(shí)刻變幻。圖1 跨時(shí)鐘域通信對(duì)于上述的異步時(shí)鐘域通信，設(shè)計(jì)者需要做特別的處理以確保數(shù)據(jù)牢靠的傳輸。因?yàn)閮蓚€(gè)異步時(shí)鐘域的頻率關(guān)系不確定，觸發(fā)器之間的建立時(shí)光和保

2、持時(shí)光要求也無(wú)法得到保證。假如浮現(xiàn)建立時(shí)光或者保持時(shí)光違規(guī)，接收域?qū)?huì)采樣處處于亞穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，那么后果可想而知。如何有效的舉行跨時(shí)鐘域的信號(hào)傳輸呢?最基本的思想是同步，在這個(gè)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)者可以利用各種協(xié)議商定舉行通信。單向控制信號(hào)檢測(cè)方式(前面提到過(guò)的脈沖信號(hào)檢測(cè)辦法，這里為了和握手方式相區(qū)分，所以如此稱呼)、握手協(xié)議的方式或者借助存儲(chǔ)器的方式都是比較常用的處理手段。本文將重點(diǎn)介紹握手方式舉行異步時(shí)鐘域的通信。圖2是一個(gè)基本的握手通信方式。所謂握手，意即通信雙方用法了專用控制信號(hào)舉行狀態(tài)指示。這個(gè)控制信號(hào)既有發(fā)送域給接收域的，也有接收域給發(fā)送域的，有別于前面的單向控制信號(hào)檢測(cè)方式。圖2 握手通信原

3、理用法握手協(xié)議方式處理跨時(shí)鐘域數(shù)據(jù)傳輸，只需要對(duì)雙方的握手信號(hào)(req和ack)分離用法脈沖檢測(cè)辦法舉行同步。在詳細(xì)實(shí)現(xiàn)中，假設(shè)req、ack、data在初始化時(shí)都處于無(wú)效狀態(tài)，發(fā)送域先把數(shù)據(jù)放入總線，隨后發(fā)送有效的req信號(hào)給接收域。接收域在檢測(cè)到有效的req信號(hào)后鎖存數(shù)據(jù)總線，然后回送一個(gè)有效的ack信號(hào)表示讀取完成應(yīng)答。發(fā)送域在檢測(cè)到有效ack信號(hào)后撤銷當(dāng)前的req信號(hào)，接收域在檢測(cè)到req撤銷后也相應(yīng)撤銷ack信號(hào)，此時(shí)完成一次正常握手通信。此后，發(fā)送域可以繼續(xù)開(kāi)頭下一次握手通信，如此循環(huán)。該方式能夠使接收到的數(shù)據(jù)穩(wěn)定牢靠，有效的避開(kāi)了亞穩(wěn)態(tài)的浮現(xiàn)，但控制信號(hào)握手檢測(cè)會(huì)消耗通信雙方較多

4、的時(shí)光。以上所述的通信流程3所示。圖3 握手通信流程下面通過(guò)一個(gè)容易的工程代碼及其測(cè)試進(jìn)一步加深大家對(duì)基本握手協(xié)議的熟悉。module handshack(clk,rst_n,req,datain,ack,dataout);input clk; /50mhz系統(tǒng)時(shí)鐘input rst_n; /低電平復(fù)位信號(hào)input req; /哀求信號(hào)，高電平有效input7:0 datain; /輸入數(shù)據(jù)output ack; /應(yīng)答信號(hào)，高電平有效output7:0 dataout;/輸出數(shù)據(jù)，主要用于觀看是否和輸入全都/-/req升高沿檢測(cè)reg reqr1,reqr2,reqr3;always (posedge c