如何進行CDC跨時鐘域處理及相應的時序約束

這篇文章將為大家詳細講解有關如何進行CDC跨時鐘域處理及相應的時序約束，文章內容質量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關知識有一定的了解。

多bit跨時鐘域

（大疆2020數字芯片）下列關于多bit數據跨時鐘域的處理思路，錯誤的有（）

A. 發送方給出數據，接收方用本地時鐘同步兩拍再使用；

B. 發送方把數據寫到異步fifo，接收方從異步fifo里讀出；

C. 對于連續變化的信號，發送方轉為格雷碼發送，接收方收到后再轉為二進制；

D. 發送方給出數據，發送方給出握手請求，接收方收到后回復，發送方撤銷數據。

答案：A

解析：多bit跨時鐘域不能簡單使用打兩拍，打拍后可能數據錯亂；

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態；

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_property ASYNC_REG TRUE [get_cells [list rst_reg_0 rst_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。

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

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

關于如何進行CDC跨時鐘域處理及相應的時序約束就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，可以學到更多知識。如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到。