IC設(shè)計(jì)：ram的應(yīng)用-異步時(shí)鐘域位寬轉(zhuǎn)換

在進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)時(shí)，我們經(jīng)常需要進(jìn)行數(shù)據(jù)位寬的轉(zhuǎn)換，常見的兩種轉(zhuǎn)換場(chǎng)景有同步時(shí)鐘域位寬轉(zhuǎn)換和異步時(shí)鐘域位寬轉(zhuǎn)換。本文將介紹異步時(shí)鐘域位寬轉(zhuǎn)換

異步時(shí)鐘域的位寬轉(zhuǎn)換讀時(shí)鐘和寫時(shí)鐘屬于兩個(gè)時(shí)鐘。如下案例中，數(shù)據(jù)位寬由32bit轉(zhuǎn)40bit，寫時(shí)鐘頻率156.25MHz，讀時(shí)鐘頻率125Mhz，寫數(shù)據(jù)為32bit，讀數(shù)據(jù)位寬為40bit，通過計(jì)算得到入口數(shù)據(jù)速率和出口數(shù)據(jù)速率保持一致（156.25 *32==40 *125）。

存儲(chǔ)模塊是由寄存器搭建的。那么需要多大存儲(chǔ)模塊呢？32和40的最小公倍數(shù)為160，極限場(chǎng)景下，只需要160bit的寄存器作為存儲(chǔ)就夠了，但是讀操作通常晚于寫操作，并且考慮到時(shí)鐘有抖動(dòng)有偏移，為了避免溢出，稍微增加一部分緩存，我們可以采用320bit作為存儲(chǔ)模塊。因此寫側(cè)32bit寫10次，讀側(cè)40bit讀8次，讀寫兩側(cè)所需的時(shí)間相等。

注意事項(xiàng)：寫地址(wr_addr)跳轉(zhuǎn)范圍是09，讀地址(rd_addr)跳轉(zhuǎn)范圍07。

如圖所示：

buff_array為320bit的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

vld_array為80bit的有效標(biāo)志位存儲(chǔ)：vld_array[n]為1表示buff_array[4n+3:4n]存在4bit的有效數(shù)據(jù)。

always @(posedge wr_clk or negedge wr_rst_n) begin
  if (~wr_rst_n) begin
    buff_array  <= {DATA_FIFO_DEPTH{1'b0}};
    vld_array <= {VALID_FIFO_DEPTH{1'b0}};
  end else begin
    if (wr_en) begin
        buff_array[ wr_addr*32  +: 32]  <= wr_data_i;
        vld_array[wr_addr*8 +: 8] <= {8{wr_valid_i}};
      end
    end
  end

reg [10-1:0] rd_valid_bus;
reg [40-1:0]  rd_data_bus;
always @(*) begin
  rd_data_bus[40-1:0]  = buff_array[  rd_addr*40  +: 40];
  rd_valid_bus[10-1:0] = vld_array[rd_addr*10 +: 10];
end
integer i;
reg [40-1:0] rd_data_valid_mask;
always @(*) begin
  for(i = 0; i < 40; i = i + 1) begin
      rd_data_valid_mask[i] = rd_valid_bus[i/4];
  end
end
always @(posedge rd_clk or negedge rd_rst_n) begin
  if (~rd_rst_n) begin
    rd_data_o  <= {40{1'b0}};
    rd_valid_o <= 1'b0;
  end else begin
    if (rd_en) begin
      rd_data_o  <= rd_data_bus & rd_data_valid_mask;
      rd_valid_o <= |rd_valid_bus;
    end else begin
      rd_data_o  <= {40{1'b0}};
      rd_valid_o <= 1'b0;
    end
  end
end