FPGA單位元訊號跨時鐘域處理
阿新 • • 發佈:2022-03-13
1.慢速時鐘域同步到快速時鐘域
輸入:singal_in,來自10MHz慢速時鐘域的單位元訊號
輸出:singal_out,輸出100MHz快速時鐘域的單位元訊號
10MHz = 100ns
100MHz = 10ns
因為慢速時鐘域的最簡訊號長度為1個時鐘時鐘週期即:100ns,大於快速時鐘域的時鐘週期10ns,所以只需要打3拍即可:
/* 從慢速時鐘域同步到快速時鐘域 */
module top(
//inputs
input clk, //快速時鐘,時鐘100MHz
input rst_n,
input signal_in, //來自慢速時鐘域,時鐘10MHz
//outputs
output signal_out //同步到快速時鐘域之後的訊號
);
reg signal_in_reg1;
reg signal_in_reg2;
reg signal_in_reg3;
assign signal_out = signal_in_reg3;
always @ (posedge clk)
begin
if(!rst_n)
begin
signal_in_reg1 <= 0;
signal_in_reg2 <= 0;
signal_in_reg3 <= 0;
end
else
begin
signal_in_reg1 <= signal_in;
signal_in_reg2 <= signal_in_reg1;
signal_in_reg3 <= signal_in_reg2;
end
end
endmodule
模擬TB檔案:
`timescale 1ns/1ps
module top_tb;
reg clk_100m; //Period=10ns;
reg rst_n;
reg signal_in;
wire signal_out;
initial
begin
clk_100m = 1;
rst_n = 0;
signal_in = 0;
#50
rst_n = 1;
#100
signal_in = 1;
#100
signal_in = 0;
#100
$stop;
end
always #(10/2) clk_100m <= !clk_100m;
top top_ut(
//inputs
.clk(clk_100m),
.rst_n(rst_n),
.signal_in(signal_in),
//outputs
.signal_out(signal_out)
);
endmodule
模擬波形:
慢速時鐘域訊號到快速時鐘域訊號的同步
2.快速時鐘域同步到慢速時鐘域
輸入:singal_a,來自100MHz快速時鐘域的單位元訊號
輸出:singal_b,輸出10MHz慢速時鐘域的單位元訊號
10MHz = 100ns
100MHz = 10ns
這裡僅僅針對輸入訊號的脈衝寬度僅有1個快速時鐘週期寬度的訊號,即singal_a的訊號寬度僅有10ns寬,且兩個脈衝間隔時間大於兩個慢速時鐘週期,即2*100ns=200ns。
先在快速時鐘域下把邊沿訊號轉換為電平訊號,再在慢速時鐘域下把電平訊號打3拍,再在慢速時鐘域下把電平訊號轉換為邊沿訊號:
/* 快速時鐘域同步到慢速時鐘域,針對脈衝寬度只有1個clk的訊號 */
module fast_to_low(
//inputs
input clk_a, //快速時鐘100MHz
input rst_n_a, //復位訊號
input signal_a, //快速時鐘訊號,單位元,1個clk寬度脈衝
input clk_b, //慢速時鐘20MHz
input rst_n_b,
//outputs
output signal_b //同步之後的慢速時鐘域的訊號
);
reg tmp;
reg tmp_reg1;
reg tmp_reg2;
reg tmp_reg3;
assign signal_b = tmp_reg2 ^ tmp_reg3; //電平訊號轉換為邊沿
/* 在快速時鐘域下,把單clk脈衝訊號,轉換為邊沿訊號,在高電平時翻轉,要求兩個脈衝間隔時間不能太短 */
always @ (posedge clk_a)
begin
if(!rst_n_a)
tmp <= 0;
else if(signal_a)
tmp <= ~tmp;
end
/* 在慢速時鐘域下對 */
always @ (posedge clk_b)
begin
if(!rst_n_b)
begin
tmp_reg1 <= 0;
tmp_reg2 <= 0;
tmp_reg3 <= 0;
end
else
begin
tmp_reg1 <= tmp;
tmp_reg2 <= tmp_reg1;
tmp_reg3 <= tmp_reg2;
end
end
endmodule;
模擬TB檔案:
`timescale 1ns/1ps
module top_tb;
reg clk_a; //100MHz = 10ns;
reg clk_b; //10MHz = 100ns;
reg rst_n_a;
reg rst_n_b;
reg signal_a; //快速時鐘域訊號
wire signal_b; //慢速時鐘域訊號
initial
begin
clk_a = 1;
clk_b = 1;
rst_n_a = 0;
rst_n_b = 0;
signal_a = 0;
#300
rst_n_a = 1;
rst_n_b = 1;
#500
signal_a = 1;
#10
signal_a = 0;
#500 //兩次脈衝時間間隔應該大於2*100ns=200ns,否則不能還原
signal_a = 1;
#10
signal_a = 0;
#1000
$stop;
end
always #(10/2) clk_a <= !clk_a; //100MHz = 10ns
always #(100/2) clk_b <= !clk_b; //10MHz = 100ns
fast_to_low fast_to_low_ut(
//inputs
.clk_a(clk_a),
.rst_n_a(rst_n_a),
.signal_a(signal_a),
.clk_b(clk_b),
.rst_n_b(rst_n_b),
//outputs
.signal_b(signal_b)
);
endmodule
模擬波形: