CDC跨時鐘域分單bit和多bit傳輸介紹

多bit跨時鐘域

（大疆2020數(shù)字芯片）下列關于多bit數(shù)據(jù)跨時鐘域的處理思路，錯誤的有（）

A. 發(fā)送方給出數(shù)據(jù)，接收方用本地時鐘同步兩拍再使用；

B. 發(fā)送方把數(shù)據(jù)寫到異步fifo，接收方從異步fifo里讀出；

C. 對于連續(xù)變化的信號，發(fā)送方轉為格雷碼發(fā)送，接收方收到后再轉為二進制；

D. 發(fā)送方給出數(shù)據(jù)，發(fā)送方給出握手請求，接收方收到后回復，發(fā)送方撤銷數(shù)據(jù)。

答案：A

解析：多bit跨時鐘域不能簡單使用打兩拍，打拍后可能數(shù)據(jù)錯亂；

CDC（Clock Domain Conversion）跨時鐘域分單bit和多bit傳輸，其中：

1. 單bit（慢時鐘域到快時鐘域）：用快時鐘打兩拍，直接采一拍大概率也是沒問題的，兩拍的主要目的是消除亞穩(wěn)態(tài)；

其中：

（1）為了更長的平均無故障時間 MTBF（ Mean Time Between Failures），需要配合一個 ASYNC_REG 的約束，把用作簡單同步器的多個寄存器放入同一個 SLICE，以降低走線延時的不一致和不確定性。

(* ASYNC_REG = "TRUE" *) reg rst_reg_0;
(* ASYNC_REG = "TRUE" *) reg rst_reg_1;

（2）或者：直接在約束文件里進行約束

set_propertyASYNC_REGTRUE[get_cells[listrst_reg_0rst_reg_1]]

2. 單bit（快時鐘域到慢時鐘域）：握手(脈沖展寬)、異步FIFO、異步雙口RAM；快時鐘域的信號脈寬較窄，慢時鐘域不一定能采到，可以通過握手機制讓窄脈沖展寬，慢時鐘域采集到信號后再“告訴”快時鐘域已經采集到信號，確保能采集到；

3. 多bit跨時鐘域：異步FIFO、異步雙口RAM、握手、格雷碼；

（1）使用異步FIFO的IP

實際上是用 FPGA 內部的 BRAM 來搭建，所有的控制邏輯都在 BRAM 內部，是推薦的 FIFO 實現(xiàn)方式。

時序約束簡單，進行時序例外約束，只需要 set_clock_groups 將讀寫時鐘約束為異步時鐘組即可，簡單高效。

set_property -asynchronous -group [get_clocks write_clock] \ -group [get_clocks read_clock]

（2）自己寫外部控制邏輯的FIFO

格雷碼做異步 FIFO 的跨時鐘域處理，計數(shù)器和讀寫控制邏輯在 BRAM 或者 RAM 的外部，除了代碼的合理設計以外，還需要進行額外的時序例外約束，不能簡單使用 set_clock_groups 約束異步時鐘組，還需要考慮外部的讀寫邏輯的約束。

Xilinx建議這里設置set_max_delay來約束跨時鐘域路徑，約束的原則是：最大路徑延時等于或者略小于目的時鐘的一個周期。

寫邏輯從cell1到cell2的約束中，cell2的驅動時鐘周期為5，如下所示，讀邏輯約束進行相應約束。

多bit中，強烈推薦使用異步FIFO的IP來實現(xiàn)，我在實際工程中使用多次，簡單方便。

set_propertyASYNC_REGTRUE[get_cells[listrst_reg_0rst_reg_1]]




審核編輯：劉清