FPGA面试题（4）（跨时钟域处理）

科技前沿 • 2025-01-17 18:06 • 阅读 56

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跨时钟域处理方法

	慢->快	快->慢
单bit	在快时钟域同步打拍，将信号同步到快时钟域	展宽后同步打拍
多bit	异步FIFO	异步FIFO+握手信号

一.打两拍

适用于单bit跨时钟域处理
所谓的打两拍就是定义两级寄存器实现延时

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那为什么是打两拍，不是打一拍，打三拍？

打拍的作用：第一拍是异步信号转同步信号，第二拍及以后是防止亚稳态传递。理论来说，打两拍也不是完全消除亚稳态，只是降低了亚稳态出现的概率。触发器进入亚稳态的时间计算可以用参数MBTF计算，其公式如下

其中MBTF的值越大，亚稳态出现的概率越小。而打拍可以增大MBTF的值。
简而言之就是：打一拍仍然有很大概率出现亚稳态，打两拍出现亚稳态概率不大，打三拍相较于打两拍亚稳态出现的概率更低，但是除非超高频没必要

二.异步双口RAM

这个比较好理解，就是用时钟1来写入，时钟2来读出。可以使用异步FIFO实现同样的目的。

三.格雷码转换

在异步双口RAM操作时，写入RAM后要在读时钟下判断写地址，当写地址大于某个值时再去读取RAM。如果直接打两拍，在高速环境下容易出错。那么更稳妥的方法就是先把RAM的写地址转换为格雷码，再将这个转换后的格雷码打两拍，最后在读时钟域恢复为十进制。在FIFO中也是一样，转换格雷码能够有效降低指针在跳变时出现的亚稳态风险，冒险现象。
格雷码是和FIFO，双口RAM结合使用的

补充格雷码知识点

在这里插入图片描述

规律如下：

1.最右边一位取反

2.从右往左第一个0变为1

（重复上述两个操作）
二进制如何转换为格雷码

1.格雷码中的最高有效位（最左边）等同于二进制数中相应的最高有效位。

2.从左到右，加上每一对相邻的二进制编码位，从而得到下一个格雷码位，舍去进位。
格雷码如何转为二进制

1.二进制码的最高有效位（最左边）等同于格雷码中相应的最高有效位。

2.将所产生的每个二进制码位加下一个相邻位置的格雷码位，从而得到下一个二进制位。舍去进位。

参考:

1.https://cloud.tencent.com/developer/article/

2.https://blog.csdn.net/Hide_in_Code/article/details/?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%%2522%252C%2522scm%2522%253A%3..pc%255Fall.%2522%257D&request_id=15&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~first_rank_ecpm_v1~rank_v31_ecpm-1--null-null.142^v95^insert_down1&utm_term=单bit跨时钟域为什么打两拍不是打一拍&spm=1018.2226.3001.4187

3.https://www.zhihu.com/question/

4.https://blog.csdn.net/fpga_start/article/details/?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%024240%2522%252C%2522scm%2522%253A%3...%2522%257D&request_id=40&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~top_positive~default-1--null-null.142^v95^insert_down1&utm_term=格雷码&spm=1018.2226.3001.4187