CDC跨時(shí)鐘域處理及相應(yīng)的時(shí)序約束

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

1. 單bit（慢時(shí)鐘域到快時(shí)鐘域） ：用快時(shí)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(shí)間 MTBF（ Mean Time Between Failures）， 需要配合一個(gè) ASYNC_REG 的約束 ，把用作簡單同步器的多個(gè)寄存器放入同一個(gè) SLICE，以降低走線延時(shí)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(jìn)行約束

set_property ASYNC_REG TRUE [get_cells [list rst_reg_0 rst_reg_1]]

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

3. 多bit跨時(shí)鐘域 ： 異步FIFO 、異步雙口RAM、握手、格雷碼；

（1）使用異步FIFO的IP

實(shí)際上是用 FPGA 內(nèi)部的 BRAM 來搭建，所有的控制邏輯都在 BRAM 內(nèi)部，是推薦的 FIFO 實(shí)現(xiàn)方式。

時(shí)序約束簡單，進(jìn)行時(shí)序例外約束， 只需要 set_clock_groups 將讀寫時(shí)鐘約束為異步時(shí)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(shí)鐘域處理，計(jì)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(shè)計(jì)以外，還需要進(jìn)行額外的時(shí)序例外約束，不能簡單使用 set_clock_groups 約束異步時(shí)鐘組，還需要考慮外部的讀寫邏輯的約束。

Xilinx建議這里設(shè)置set_max_delay來約束跨時(shí)鐘域路徑，約束的原則是：最大路徑延時(shí)等于或者略小于目的時(shí)鐘的一個(gè)周期。

寫邏輯從cell1到cell2的約束中，cell2的驅(qū)動時(shí)鐘周期為5，如下所示，讀邏輯約束進(jìn)行相應(yīng)約束。

set_max_delay 5 –from [get_cells cell1] –to [get_cells cell2] –datapath_only

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