异步fifo跨时钟域处理
数字化业务设计师笔试题 3
数字化业务设计师笔试题 3华为2019数字芯片设计笔试题目与解析（单选第三部分）21.异步FIFO读写地址编码常采用独热码，以便于读写地址跨异步时钟域处理（）【A】正确【B】错误解析：独热码：有多少状态就有多少比特，只有一个比特为1，其余比特都为0。
格雷码：又称循环码，相邻两个码之间只有一位发生变化。
异步FIFO读写地址编码常采用格雷码，然后打两拍跨时钟域处理。
正确答案：B22.两个同源时钟之间可能是同步时钟，也可能是异步时钟（）【A】正确【B】错误解析：由同一个时钟源产生的时钟相位关系是固定的，为同步时钟；由不同时钟源产生的时钟相位关系不确定，为异步时钟。
（个人理解，参考虞希清版《专用集成电路设计实用教程》p56“同步电路是指电路的所有时钟来自同一时钟源；异步电路是指电路的时钟来自不同时钟源”）参考答案:B23.形式验证技术需要外界提供测试向量和时钟激励（）【A】正确【B】错误解析：验证有动态验证和静态验证，动态验证需要外界提供测试向量和时钟激励，而形式验证技术属于静态验证，使用基于数学变换的静态分析来确定硬件或软件行为的正确性，不需要外界提供测试向量和时钟激励。
正确答案：B24.下列跨时钟域设计存在问题的是（）【A】FIFO设计地址跨时钟域，可以通过格雷码转换+打2拍方式【B】希望得到C = A & B，A、B在clkx域，C在clky时钟域，则单独用clky对A和B分别打2拍产生Adly2和Bdly2，然后再让C = Adly2& Bdly2【C】单bit数据跨时钟域，在目的时钟域打3拍后使用，打拍过程中不带组合逻辑【D】一组数据线跨时钟域，如果数据有足够的持续不变时间，可以通过握手机制实现同步化解析：希望得到C = A & B，A、B在clkx域，C在clky时钟域，则先在clkx域进行A & B的运算，然后将结果在clky域打两拍处理得到C。
正确答案：B25.异步时钟数据采样的方法错误的是（）【A】使用FIFO隔离进行多bit采样【B】高频时钟直接采样低频时钟的多bit数据【C】单bit高频时钟脉冲展宽后给低频时钟进行采样【D】握手信号后再采样解析：多bit信号采样一般采用异步FIFO的方法，A正确；跨时钟域即便是高频时钟采样低频时钟也不可以直接采样，直接采样可能会造成亚稳态的传播，严重影响电路的性能，B错误；低频时钟采样高频信号，必须先对高频信号进行展宽处理，否则采样不完全，会丢失数据，C正确。
单bit信号快到慢合慢到快的通用的跨时钟的处理方式
单bit信号快到慢合慢到快的通用的跨时钟的处理方式
单bit信号从快到慢合慢到快的通用跨时钟处理方式可以采用
以下方法：
1.同步器（Synchronizer）：使用两个时钟域之间的同步器将
快时钟域的信号同步到慢时钟域。
同步器由两个触发器组成，一个触发器在快时钟域上工作，另一个触发器在慢时钟域上工作。
该方法可以保证数据在两个时钟域之间传输的稳定和正确，并且减少时钟域之间的干扰。
2.边沿检测（Edge Detection）：使用边沿检测电路来检测信号的变化，然后将检测到的边沿信号传递给慢时钟域的逻辑电路。
这种方法适用于只需要检测信号是否发生变化，而不需要精确传输每个时钟周期的情况。
3.FIFO（First-In-First-Out）：使用FIFO缓冲区将快时钟域的
信号存储在一个缓冲区中，然后根据慢时钟域的速率逐个取出。
这种方式使得在两个时钟域之间实现了数据的异步传输，保证了数据传输的稳定性。
FIFO缓冲区可以通过使用双端口内存
或使用多个单端口内存实现。
4.双向移位寄存器（Bidirectional Shift Register）：使用双向移
位寄存器来对信号进行转换，将快时钟域的信号转换为慢时钟域的形式。
双向移位寄存器可以在两个时钟域之间同步地移位数据，以实现跨时钟域的数据传输。
以上提到的方法都是跨时钟域处理中常用的方法，选择适合的
方法取决于具体的应用场景和需求。
在设计中需要考虑时钟域之间的时序关系，数据的稳定性和延迟等因素。
此外，还需要进行时序仿真和验证，确保跨时钟域的设计满足设计要求。
高速数据的跨时钟域处理方法及验证
高速数据的跨时钟域处理方法及验证侯宏录;齐晶晶【摘要】In order to solve the image acquisition and mismatch transmission rate in high speed image acquisition system,the internal storage resources of FPGA is used and the principles of asynchronous FIFO is introduced to analyze the meta-stable state and full/empty signal to achieve asynchronous FIFO using Verilog HDL and QuartusII tools macro module.The results show that the cross clock domain of high speed data transmission is achieved,when the write clock is 82 MHz and the read clock is 50 MHz.%为了解决高速相机数据采集和处理速率的不匹配问题，利用现场可编程逻辑门阵列内部存储资源，研究了高速、大容量异步 FIFO 的工作原理，提出了异步 FIFO 工作中的亚稳态和空／满标识问题，采用 Verilog HDL 编写时序代码和 QuartusII 工具宏模块定制两种方法实现异步 FIFO．研究结果表明：当写入时钟为82 MHz，异步 FIFO 可实现的读出时钟为50 MHz，实现了高速数据采集和传输系统的跨时钟域处理．【期刊名称】《西安工业大学学报》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】7页(P434-440)【关键词】异步 FIFO;现场可编程逻辑门阵列;跨时钟域;数据传输【作者】侯宏录;齐晶晶【作者单位】西安工业大学光电工程学院，西安 710021;西安工业大学光电工程学院，西安 710021【正文语种】中文【中图分类】TM615随着微电子技术和图像传感器技术的发展，高速视频采集技术已经广泛应用于航天航空、医学图像分析、现代工业自动化生产、道路交通和科学研究中．高速视频采集系统能够记录肉眼无法分辨的过程，在后期回放过时，将高速过程清晰地展现出来，为数字图像处理、分析和目标识别等提供了依据．高速图像采集和处理系统中包含多个时钟，数据在不同时钟域传输的周期和相位完全独立，因此必须对采集到的数据进行跨时钟域处理才能保证数据的传输无丢失［1］．对于不同时钟域间的数据传输，文献［2］提出了一种基于符号化模型检验工具SMV的异步先进先出队列（First Input First Output，FIFO）的模型验证方法，利用SMV对该系统模型和系统属性进行了验证，有效解决跨时钟域信号传输产生的亚稳态问题；文献［3］提出了一种在FPGA内实现高速异步FIFO的方法；文献［4］利用异步FIFO实现现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）与数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）进行数据通信的方案，该方案具有传输速度快、稳定可靠和实现方便的优点；文献［5］主要针对多时钟域下的片上网络的数据同步进行了研究，分析了多时钟域下片上网络跨时钟域数据传输时的亚稳态问题．FPGA内部资源丰富，通常可根据需要将FPGA内部M9K存储器模块配置成单端口、简单双端口、真双端口随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、FIFO缓冲器及只读存储器（Read Only Memory，ROM）［6］．利用FPGA 片内存储资源实现的异步FIFO是一种快速有效的解决方案，FPGA内部FIFO比外部FIFO芯片更能提高系统稳定性．本文为了实现高速视频采集和传输系统中数据的跨时钟域处理，提出了基于FPGA 的异步FIFO设计方案．该方案通过两种方式实现：①利用Verilog硬件描述语言（Hardware Description Language，HDL）来实现异步FIFO；②利用QuartusII工具中的宏模块调用实现异步FIFO．通过在高速视频采集和传输系统中的实验，验证了两种方法的正确性．1 异步FIFO工作原理异步FIFO是一种先进先出存储器，先进入的数据先读出，读时钟和写时钟互相独立［7］．异步FIFO有两套数据线，可在一端进行写操作的同时在另一端进行读操作，在数据顺序传输的同时实现数据的缓存．1．1 异步FIFO结构异步FIFO包括写时钟域和读时钟域，异步FIFO的核心是由双端口RAM组成的存储单元．访问FIFO时不需要地址线，只需要数据线和读写控制信号线．在写时钟域，写端口对应写数据信号和写控制信号，写入的数据存储在双端口RAM中；在读时钟域，读端口对应读数据信号和控制信号，数据从双端口RAM中读出并送入下一级［8］．异步FIFO最重要的控制信号Full（满）、Empty（空）、Almost Full（将满）、Almost Empty（将空）由写地址和读地址相互比较生成．异步FIFO存储器内部结构如图1所示．确定异步FIFO的空／满状态需要二进制读指针和写指针的比较．FIFO中的读写指针值随着读写操作的进行不断累加，当计数器满后返回并继续从0开始循环．图1 异步FIFO存储器内部结构Fig．1 The internal structure of asynchronous FIFO memory1．2 亚稳态的处理亚稳态是指触发器无法在规定时间内达到确定状态．当触发器进入亚稳态时，无法预测输出电平，也无法预测何时输出稳定在正确的电平上．在亚稳态期间，触发器输出中间电平或者振荡状态，输出电平沿信号通道上的各个触发器级联式传播下去．在数字电路中，为了保证每个寄存器的输入信号正确，所有器件的信号传输都有一定的时序要求，输入寄存器的信号必须在时钟沿的寄存器建立时间（Tsu）之前保持稳定，并且持续到时钟沿的寄存器保持时间（Th）之后改变，信号从寄存器的输入到输出需要经过一定的延迟（Tco）．此时，系统的每一个寄存器都有一个稳定的状态1或者0，且寄存器的输出电压在下级门电路的噪声容限范围内［9］．而如果信号的变化不在Tsu和Th的要求内，寄存器的输出会处在高电平1和低电平0之间，寄存器的输出达到高或者低的稳定状态时需要的时间大于Tco，即输出的电压处在下级门电路的噪声容限范围外时，则寄存器输出处于亚稳态．亚稳态通常发生在跨时钟域传递数据的系统中，由于数据信号可能在任何时间到达异步时钟域的目的寄存器，从而无法保证满足Tsu和Th的要求．图2所示为跨时钟域传输数据中的异步时钟，前级寄存器的工作时钟为clka，后级寄存器的工作时钟为clkb．当前一级的输入数据发生改变时，后一级电路在读数据的同时可能产生亚稳态．亚稳态不能够完全消除，只能使其出现的概率降低．由于二进制计数器从一个时钟域到另外一个时钟域同步计数时可能出现计数器的多位同时翻转，经过同步器后的数值产生多种结果，格雷码计数器每次累加操作后只有一个比特发生翻转，因此在进行时钟域转换时，不会出现其他不确定值，以便正确比较读写指针，准确产生空满信号．因此，采用格雷码可有效减少亚稳态的发生．本文在通过Verilog HDL实现异步FIFO时采用格雷码来降低亚稳态的出现概率．图2 异步时钟Fig．2 Asynchronous clock1．3 空／满标志异步FIFO中最重要的控制信号由读写指针相互比较生成．为了保证数据在FIFO中正确写入和读出，避免写满和读空的产生，判读空／满标志位的产生成为异步FIFO设计的关键．为解决上述问题，对指针进行附加位比较．为读写指针最高位增加一位附加位，当读指针读完存储器中的存储单元后，会向附加位进一，除附加位外的所有位均为零，写指针亦然．若读写地址指针的最高位不同而其余位相同时，表明写地址比读地址多产生了一个循环，即FIFO存储器为满．若读写地址指针所有位都相同时，表明读写地址指针循环次数相等，即FIFO存储器此时状态为空．综上所述，读写地址指针有n位地址空间，其中低n-1位用来存放FIFO的读写地址．2 异步FIFO的实现FPGA内部资源丰富，为了简化系统结构，通常可根据需要来配置FPGA内部存储资源．本设计中采用两种方法通过FPGA内部块RAM来实现异步FIFO，用于解决图像采集和处理两个模块不同时钟域的数据传输，异步FIFO缓存图像采集模块传输过来的图像数据，用于下级FPGA控制器按照数据传输格式读取数据，同时将像素数据作跨时钟域处理，系统采集到的图像数据由采集系统82MHz时钟控制写入异步FIFO，图像数据经异步FIFO缓存后，由图像处理模块从异步FIFO中读出．2．1 Verilog HDL实现异步FIFO本设计中，数据采集的分辨率为1 280×1 024，每个像素点包含RGB各8位的数据，一行传输的图像数据为1 280个24位的图像数据．异步FIFO接口信号说明见表1～2．表1 Verilog HDL实现的异步FIFO输入信号Tab．1 The input signal of asynchronous FIFO implemented by Verilog HDL信号名 wr＿clk wr＿rst wr＿en data［23：0］ rd＿clk rd＿rst方向输入输入输入输入输入输入位宽／位 1 1 1 24 1 1信号说明写时钟，数据采集的时钟82MHz写复位，高有效写使能，高有效，数据采集的输出写数据，数据采集的输出读时钟，50MHz读复位，高有效表2 Verilog HDL实现的异步FIFO输出信号Tab．2 The output signal of asynchronous FIFO implemented by Verilog HDL信号名 rd＿en dout［23：0］ aempty empty afull full方向输入输出输出输出输出输出位宽／位 1 24 1 1 1 1信号说明读使能，高有效读数据，数据从FIFO 输出将空标识信号空标识信号将满标识信号满标识信号结合上文对异步FIFO设计中的关键问题分析，给出Verilog HDL设计中二进制转格雷码及满信号产生的关键代码为二进制转格雷码类似可写出空标志位产生模块．2．2 QuartusII生成异步FIFO在EDA设计时可直接调用QuartusII软件中内置的宏模块来简化设计过程．本文使用Quartus II中MegaWizard宏模块向导定制FIFO，FPGA器件选择CycloneIV，定制FIFO时需要设置FIFO的数据宽度、深度和类型等参数．FIFO类型选择异步，数据宽度选择24位，深度选择1 024，即定制1 280个位宽24位存储深度1 024的缓存单元．利用宏模块定制的异步FIFO生成的信号见表3～4．表3 QuartusII生成的异步FIFO输入信号Tab．3 The input signal of asynchronous FIFO implemented by QuartusII信号名 wrclk wrreq data［23：0］ rdclk rdreq wrfull方向输入输入输入输入输入输出位宽／位 1 1 24 1 1 1信号说明写时钟，数据采集的时钟82MHz写请求，高有效写数据，数据采集的输出读时钟，50MHz读请求，高有效FIFO满信号，高电平有效表4 QuartusII生成的异步FIFO输出信号Tab．4 The output signal of asynchronous FIFO implemented by QuartusII信号名 wrempty wrusedw ［9：0］ q［23：0］ rdfull rdempty rdusedw［9：0］方向输出输出输出输出输出输出位宽／位 1 10 24 1 1 10信号说明FIFO空信号，高电平有效FIFO中字节数，与写时钟同步读数据，数据从FIFO输出FIFO满信号，高电平有效FIFO空信号，高电平有效FIFO中字节数，与读时钟同步当写请求wrreq为高电平时，在写时钟wrclk的上升沿，将24位的像素数据data［23：0］在82 MHz时钟周期下写入FIFO的写指针的指向单元，同时写指针加1，写指针指向下一个要写入的数据单元，直到wrreq为低电平或wrfull为高电平时停止写入数据，已写入的数据按行存储．当读请求rdreq为高电平时，在读时钟rd＿clk的上升沿，将24位像素数据q［23：0］在50MHz时钟周期下从读指针指向单元读出，同时读指针加1，读指针指向下一个数据单元，直到rdreq为低电平或rdfull为高电平时停止数据读出．3 异步FIFO性能测试结果及分析高速视频采集系统结构如图3所示，为了测试本文设计的异步FIFO是否满足要求，首先对设计进行了仿真验证，再将验证后的异步FIFO应用到高速视频采集系统中，通过观察系统显示结果，判断设计出的异步FIFO适合本系统．图3 系统结构框图Fig．3 The system structure diagram3．1 逻辑代码仿真验证使用Verilog HDL编写测试脚本和测试用例，调用第三方软件ModelSim进行仿真验证如图4所示，得到FIFO中的信号输出波形图．图中显示异步FIFO的写入时钟wr＿clk频率高于读出时钟rd＿clk频率，当写使能wr＿en信号为高时，数据在写时钟的上升沿写入RAM．在读出时钟rd＿clk的上升沿，当读使能rd＿en 信号为高时，数据在读时钟的上升沿由RAM中读出．当将满标识信号afull有效时，在时钟信号的下一个上升沿停止写操作，写满wr＿full信号有效．当将空标识信号aempty有效时，在时钟信号的下一个上升沿停止读操作，读空rd＿full信号有效．图4 异步FIFO仿真验证Fig．4 The simulation and verification of asynchronous FIFO3．2 系统性能测试本设计应用于高速视频采集和传输系统，采集系统输出8路视频数据，数据经过设计的异步FIFO后，传输给FPGA控制板，最后在FPGA控制下图像数据以60Hz的刷新频率显示在液晶显示器上．采集系统用到的时钟为82MHz，即FIFO的写入时钟应为82MHz．用示波器跟踪数据写入FIFO时的时钟得到波形如图5所示，波形显示为82MHz．图5 异步FIFO写入时钟Fig．5 The write clock of asynchronous FIFOFPGA控制板的时钟为50MHz，即FIFO的读出时钟应为50MHz．用示波器跟踪数据从FIFO中读出的时钟得到波形如图6所示，波形显示为50MHz．图6 异步FIFO读出时钟Fig．6 The read clock of asynchronous FIFO采用Verilog HDL时序代码和QuartusII工具宏模块定制两种方法实现的异步FIFO经过仿真验证后，在Altera公司Cyclone IV系列的FPGA芯片EP4CGX150DF31上进行实验验证，在满足高速视频采集系统技术指标的前提下，对静态目标进行实时采集，将采集到的图像经过异步FIFO缓存后，通过液晶显示屏观察显示效果．利用高速视频采集系统拍摄室外行驶的汽车，采集到的图像经异步FIFO做跨时钟域处理后，通过液晶显示器显示，得到4帧连续的图像，如图7所示．由图7可以看出，高速相机采集到的图像数据经过异步FIFO缓存后，在显示器上按照从左向右，从上到下的方式扫描显示出来，与异步FIFO先进先出的工作原理一致．表明本文设计的异步FIFO切实可行．图7 跨时钟域处理后的图像Fig．7 The image processing of the cross clock domain3．3 测试结果分析通过对采集到的高速数据进行跨时钟域处理，从液晶显示器显示的画面可知：异步FIFO性能达到了技术指标要求，但在调试过程中画面出现抖动，经过分析发现在数据写入异步FIFO的过程中同步信号未严格对齐；采集到的高速数据经异步FIFO做跨时钟域处理时，未对采集的曝光进行调整，曝光时间太短，图像显示过暗；本文设计的异步FIFO带有空／满标志位，导致信号通路延时对整个系统工作频率产生制约，为了避免上述问题，可在异步FIFO设计中省略“满”信号，只保留“空”信号产生模块．4 结论1）本文基于高速视频采集和传输系统，提出了异步FIFO储器解决跨时钟域传输数据的解决方案．在分析异步FIFO工作原理的基础上，结合FPGA内部存储资源，采用两种方法实现异步FIFO的设计，分别是Verilog HDL编写逻辑代码实现的异步FIFO和Quartus II中MegaWizard宏模块向导定制的异步FIFO．2）采用Verilog HDL编写时序代码实现的异步FIFO将二进制的指针改为格雷码，有效减少了数据缓存过程中亚稳态，并在空／满信号产生的同时避免了写满和读空的产生．本文设计的异步FIFO具有良好的通用性和可移植性．通过Quartus II中MegaWizard宏模块向导定制的异步FIFO快速有效，在结构相对复杂的系统中可大大简化系统结构．3）对文中设计的异步FIFO，通过实验验证，解决了高速数据采集和传输系统的前后数据传输速率不匹配问题，满足预期设计目标，为后续的研究工作奠定基础．【相关文献】［1］卢博，王军．异步FIFO在DSP图像采集系统中的应用［J］．单片机与嵌入式系统应用，2015，32（1）：57．LU Bo，WANG Jun．Application of Asynchronous FIFO in DSP Image Acquisition System［J］．Micro-controllers and Embedded Systems，2015，32（1）：57．（in Chinese）［2］刘彬．异步FIFO的设计与形式化验证［D］．长沙：国防科技大学，2011．LIU Bin．Design and Formal Verification of Asynchronous FIFO［D］．Changsha：National University of Defense Technology，2011．（in Chinese）［3］黄忠朝，赵于前．一种实现高速异步FIFO的FPGA方法［J］．计算机工程与应用，2010，46（3）：13．HUANG Zhong-chao，ZHAO Yu-qian．Implementation Method of High Speed Asynchronous FIFO U-sing FPGA［J］．Computer Engineering and Applications，2010，46（3）：13．（in Chinese）［4］胡波，李鹏．异步FIFO在FPGA与DSP通信中的运用［J］．电子科技，2011，24（3）：53．HU Bo，LI Peng．Application of Asynchronous FIFO in Communication Between FPGA and DSP［J］．Electronic Science and Technology，2011，24（3）：53．（in Chinese）［5］赵文晗．多时钟域下片上网络同步研究［D］．成都：电子科技大学，2013．ZHAO Wen-han．Research on Synchronous Multi-Clock-Domain Network-on-Chip［D］．Chengdu：University of Electronic Science and Technology of China，2013．（in Chinese）［6］施华钧．高效异步FIFO的设计实现［D］．长沙：湖南大学，2013．SHI Hua-jun．Design and Implementation of Efficient Asynchronous FIFO［D］．Changsha：Hunan University，2013．（in Chinese）［7］向厚振，张志杰，王鹏．基于FPGA视频和图像处理系统的 FIFO 缓存技术［J］．电视技术，2012，36（9）：41．XIANG Hou-zhen，ZHANG Zhi-jie，WANG Peng．FIFO Cache Technology in Video and Image Processing System Based on FPGA［J］．Video Engineering，2012，36（9）：41．（in Chinese）［8］庾志衡，叶俊明，邓迪文．基于FPGA与DDR2SDRAM的大容量异步FIFO缓存设计［J］．微型机与应用，2011，30（4）：34．YU Zhi-heng，YE Jun-ming，DENG Di-wen．ADesign of High Speed and Deep Asynchronous FIFO Based on FPGA and DDR2SDRAM ［J］．Microcomputer ＆Its Applications，2011，30（4）：34．（in Chinese）［9］司岚山．一种高速大容量异步FIFO存储器的设计［D］．无锡：江南大学，2013．SI Lan-shan．Design of High Speed and Large Capacity Asynchronous FIFO Memory［D］．Wuxi：Jiangnan University，2013．（in Chinese）。
异步fifo的工作原理
异步fifo的工作原理今天咱们来唠唠异步FIFO这个超有趣的东西哦。
你可以把异步FIFO想象成一个特别的小仓库，这个小仓库是用来存放数据的呢。
不过它可有点特别，和咱们平常那种规规矩矩同步的仓库不太一样。
异步FIFO主要是在不同时钟域之间工作的。
就好比啊，有两个世界，一个世界的节奏快，另一个世界的节奏慢，异步FIFO就在这两个节奏不一样的世界之间搭起了一座数据的桥梁。
那它怎么存数据呢？当有数据要进来的时候，就像是有人要往这个小仓库里送货。
在写端口这边，有一个写指针，这个写指针就像一个小向导，它告诉大家数据应该放在仓库的哪个位置。
每次有新的数据要存进来，写指针就会指向下一个空闲的地方。
就像我们在图书馆书架上找空位放书一样，写指针就是那个帮我们找空位的小助手。
再说说读这边吧。
读端口有个读指针，这个读指针就负责从仓库里取数据。
它就像一个小管家，知道哪些数据已经被取走了，哪些还在仓库里等着被取。
读指针也是一步一步地移动，每次取走一个数据，就会指向下一个要取的数据的位置。
这里面有个超关键的东西，就是空满标志的判断。
你想啊，如果仓库满了，还往里塞东西，那不就乱套了嘛；或者仓库都空了，还在傻乎乎地去取数据，那也不行呀。
对于空满标志的判断呢，其实有点小巧妙。
因为是异步的，时钟不一样，所以不能简单地用一个计数器来判断。
一般会采用一些特殊的编码方式，像是格雷码。
为啥用格雷码呢？这就像是给这个小仓库的货物管理上了一道保险。
格雷码的好处就是相邻的码值只有一位不同。
这样在不同时钟域转换的时候，就不容易出错啦。
比如说，写指针和读指针在判断满的时候，不是简单地看数字大小哦。
因为时钟不一样，数字可能会乱套。
用格雷码就不一样啦，它能很准确地判断出是不是真的满了。
就好像是两个人在不同的节奏下数数，但是通过一种特殊的规则，能准确知道什么时候仓库满了。
还有哦，异步FIFO的深度也是个很重要的概念。
深度就像是这个小仓库的大小。
如果数据来的太快，而读的速度又跟不上，那仓库就得大一点，不然就容易满了溢出来。
跨时钟域问题的解决
跨时钟域问题的解决2⽉18⽇跨时钟域问题(Clock Domain Crossing) –同两个时钟域打交道！引⾔：设计者有时候需要将处于两个不同时钟域的系统对接，由于接⼝处是异步（会产⽣setuptime 和holdtime violation，亚稳态以及不可靠的数据传输）的，因此处理起来较同步逻辑更棘⼿，需要寻求特殊处理来进⾏接⼝界⾯的设计。
任意的两个系统如果满⾜以下条件之⼀，就可称其为异步的：(1)⼯作在不同的时钟频率上；(2)⼯作频率相同，但是相位不相同；处理跨时钟域的数据传输，有两种实现⽅案：（1）采⽤握⼿信号来交互（2）以异步FIFO来实现1.1、以握⼿信号交互：假设系统A以这种⽅式向系统B传递数据，握⼿信号分别为req和ack。
握⼿协议：Transmitter asserts the req (request) signal, asking the receiver to accept the data on the data bus.Receiver asserts the ack (acknowledge) signal, asserting that it has accepted the data.这种处理跨时钟域的⽅式很直接，但是也最容易产⽣亚稳态，由于系统A发送的req信号需要系统B中的时钟去sample，⽽系统B发出的ack信号⼜需要系统A中的时钟去sample，这样两边都存在着setup time和hold time violation的问题。
为了避免由于setup time和hold time vilation所造成的亚稳态，通常我们可以将异步时钟域交互的信号⽤local system的时钟打两级甚⾄三级寄存器，以此来消除亚稳态的影响。
下图以系统A发送到系统B的req信号⽰例消除亚稳态的⽅法：当然，这种处理⽅式是以损失传输速率为代价的，加⼊两到三级寄存器同步异步时钟域的信号，会有许多时钟周期浪费在了系统的“握⼿”。
异步fifo设计及时序约束设置
一、前言跨时钟域的同步处理，使用异步FIFO是常用的方式之一，对于异步FIFO的设计，网上的大部分资料来源于《Simulation and Synthesis Techniques for Asynchronous FIFO Design》一文其异步FIFO的结构如下图所示本文不是介绍上图描述的设计。
我从基本的数字电路时序开始，介绍异步FIFO的相关问题。
最后介绍如何用时序约束保证设计的正确性二、数字电路时序对于数字电路来讲，我们的信号在时钟边沿发生变化，Dat1信号是一种理想情况，而Dat2是实际情况，其特点是一、相对时钟边沿有延时二、信号变化有一段时间(电平转换时间)，在这段时间就是亚稳态在亚稳态期间进行数据采样，不能获得稳定的值。
数字电路中经过时序约束，在T1产生的信号，在T2一定稳定(否则就是不满足时序)，所以对于只有一个时钟的数字电路来说，它在T1和T2都能获得稳定的信号(T1时刻的值为0、T2时刻的值为1)三、跨时钟域时序问题对于异步时钟而言(相位不同)，对于CLK1产生的信号，CLK2有可能在任意时刻进行数据采样在FIFO的设计中，将会产生2种信号，一种是数据本身(用Data表示)，另外一种是指示数据是否有效(用valid表示)，注意(valid不一定是一个比特的寄存器，可以是由FIFO中的读写指针产生而来，例如fifo的full或empty状态)异步FIFO的问题在于，如果CLK2在时钟T2进行采样，那么有可能得到valid有效，而数据无效的情况。
这样在CLK2采样取得的设计就是错误的数据。
四、处理异步FIFO的valid和data（理论基础）我们假设valid为低电平表示没有数据，高电平为有数据，解决的办法就是，当CLK对valid进行采样时，即使valid处于亚稳态期间，数据信号也是稳定的如上图所以，在T1时刻进行上升沿采样，虽然valid是一个亚稳态状态，但是此时Data 是一个稳定的值，如果在T1时刻采样的valid为1，那么可以得到稳定的Data信号，如果在T1时刻采样的valid为0，那么控制逻辑认为在T1无法获得数据，从而在下一个时钟获取注意：T2时刻是在下降沿进行采样，而此时的Data信号也是稳定的五、如何实现为了让valid和Data处于上面的状态，我们可以对valid进行延时处理，即使用时钟对其进行采样，必须使用2个寄存器依次采样，才能保证至少有一个时钟的延时valid1是CLK2对valid进行采样产生的，如果采样的时机不好，那么valid1相对valid只有一点点延时，valid2是CLK2对valid1的采样，这样valid2相对于valid至少有CLK2一个周期的延时，也就满足了第二节的条件。
基于多时钟域的异步FIFO设计
基于多时钟域的异步FIFO设计摘要：在大规模集成电路设计中，一个系统包含了很多不相关的时钟信号，当其目标域时钟与源域时钟不同时，如何在这些不同域之间传递数据成为了一个重要问题。
为了解决这个问题，我们可以用一种异步FIFO（先进先出）存储器来实现。
本文介绍了一种利用格雷码指针实现在多时钟域传递数据的FIFO设计。
关键词：FIFO，多时钟域，异步，格雷码，亚稳态，同步装置1、引言随着计算机、多媒体和数据通信技术的高速发展，数字图像、语音等数据传输技术近年来得到了极大的重视和长足的发展，并得到了广泛的应用。
如何保障这些语音、图像等数据传输的准确性、及时性？如何高效率、高速度地传输这些数据？这些都是当今信息领域的科研人员所必须解决的问题。
而往往在这些数据传输系统中，又会遇到不同系统接口间数据传输的问题。
通常在两个相连接的不同电路系统之间，因为每个系统的数据传输速度不同，在系统的接口部分就会出现数据输入速度和输出速度不同，也就是会发生数据传输速率不匹配的问题。
这种情况往往会让传输的数据产生复写或者丢失，降低数据的传输速率，同时也因为数据复写、丢失和无效数据的读入，将会产生数据出错，因此需要在不同系统的接口处设计数据传输单元来实现数据的高速高效传输。
在现代的系统设计中，为了提高系统的性能，设计者对数据的传输率、数据的传输量，对系统各部分之间的接口部分不同的数据输入和接收传输率的匹配有越来越高的要求，而FIFO存储器以其合理的价格、使用的方便灵活性以及上述的对速度匹配的应用而成为解决这类问题的理想途径，因此FIFO存储器在计算机、多媒体和数据通信领域都有着广泛的应用，因此对FIFO 的研究与设计应用具有理论上和实际应用上的双重意义。
2、FIFO的功能描述FIFO 是数据传输系统中极其重要的一环，特别是在两个处在不同时钟域的系统接口部分，FIFO 的合理设计，不但能使接口处数据传输的输入输出速率进行有效的匹配，不使数据发生复写、丢失和读入无效数据的情况，而且还会有效地提高系统中数据的传输效率，FIFO 存储器主要分为基于移位寄存器型和基于RAM 型，而RAM 型又有单口RAM和双口RAM 之分，目前来说，用的较为广泛的是基于双端口RAM的FIFO。
verilog基本电路设计(包括：时钟域同步、无缝切换、异步fifo、去抖滤波))
Verilog基本电路设计（包括：时钟域同步、无缝切换、异步FIFO、去抖滤波））Verilog基本电路设计共包括四部分：单bit跨时钟域同步时钟无缝切换异步FIFO去抖滤波Verilog基本电路设计之一: 单bit跨时钟域同步（帖子链接：/thread-605419-1-1.html）看到坛子里不少朋友，对于基本数字电路存在这样那样的疑惑，本人决定开贴，介绍数字电路最常见的模块单元，希望给初学者带来帮助，也欢迎大佬们前来拍砖。
如果想要做数字设计，下面这些电路是一定会碰到的，也是所有大型IP，SOC设计必不可少的基础，主要包括异步信号的同步处理，同步FIFO，异步FIFO，时钟无缝切换，信号滤波debounce等等，后面会根据大家反馈情况再介绍新电路。
首先介绍异步信号的跨时钟域同步问题。
一般分为单bit的控制信号同步，以及多bit的数据信号同步。
多bit的信号同步会使用异步FIFO完成，而单bit的信号同步，又是时钟无缝切换电路以及异步FIFO电路的设计基础，这里先介绍单bit信号同步处理。
clka域下的信号signal_a，向异步的clkb域传递时，会产生亚稳态问题。
所有的亚稳态，归根结底就是setup/hold时间不满足导致。
在同一个时钟域下的信号，综合以及布线工具可以在data路径或者clock路径上插入buffer使得每一个DFF的setup/hold时间都满足；但是当signal_a在clkb域下使用时，由于clka与clkb异步，它们的相位关系不确定，那么在clkb的时钟沿到来时，无法确定signal_a此时是否处于稳定无变化状态，也即setup/hold时间无法确定，从而产生亚稳态。
这种异步信号在前后端流程里面是无法做时序分析的，也就是静态时序分析里常说的false_path。
消除亚稳态，就是采用多级DFF来采样来自另一个时钟域的信号，级数越多，同步过来的信号越稳定。
对于频率很高的设计，建议至少用三级DFF，而两级DFF同步则是所有异步信号处理的最基本要求。
跨时钟域处理方法
跨时钟域处理方法跨时钟域处理（Cross-ClockDomainProcessing）也被称为跨时钟域通信（CCDC），是一种在不同的时钟芯片或部件间实现通信的方法。
它可以帮助企业减少制造时间，降低成本，提高性能和灵活性，并允许更快地向市场投入新产品。
跨时钟域处理技术可以减少能耗，更有效地为更多的应用程序和处理任务提供高效的解决方案。
它还能减少误码和数据传输失败的可能性，提高系统的可靠性。
跨时钟域处理可以用来支持不同的芯片，例如处理器，存储器，收发器，传感器和控制器，以及他们之间的交互。
在某些情况下，它还可以用来将外部固件与主CPU和内部芯片相结合，以便在主CPU芯片和外部芯片之间传输数据，从而形成更复杂的系统集成解决方案。
跨时钟域处理可以采用端口技术来使不同频率的时钟芯片能够正常工作。
每个芯片都有一个专用端口，它可以产生和接受数据，而不受另一个芯片的时钟频率的限制。
例如，如果一个芯片使用的是200MHz的时钟，而另一个芯片使用的是2GHz的时钟，那么使用端口就可以让这两个芯片能够正常工作，而不用担心后者会干扰前者的时钟。
另一种常用的跨时钟域处理技术是串行总线技术。
它允许多个晶体管和元件在共享的串行总线上通信，而无需考虑他们之间的时钟频率和时差。
这种技术允许用户更容易地访问和控制每个芯片的信号，而无需考虑时钟延时的问题。
最后，要注意的是，跨时钟域处理技术的实施必须保证其精确性和可靠性。
这可能会需要使用适当的补偿和专用控制系统，以确保系统中的所有芯片能够正常工作并保持稳定性，从而实现最佳性能和可靠性。
总之，跨时钟域处理是一种令人印象深刻的技术，可以有效地减少成本，并提高系统性能，提高可靠性和性能。
此外，它还可以帮助更快地推向市场新产品，提高市场竞争力。
企业应该利用跨时钟域处理技术，以更有效的方式来解决问题，实现更多的目标。
FIFO——精选推荐
FIFOFIFO（first in first out），具备读写端⼝各⼀个，外部⽆需控制地址。
FIFO与普通RAM的区别在于FIFO外部忽略对读写地址的管理，⽽只需要关注空满状态。
异步FIFO设计框图参数：时钟、数据位宽、深度、读写指针、空满判断、RAM空间⼤⼩实质：控制信号+RAM设计要点读、写时钟域的地址管理写地址到读时钟域的同步读地址到写时钟域的同步读时钟域的空和将空信号控制写时钟域的满和将满信号控制判满判空以深度为1024的FIFO为例，假设⼀直没有读操作，读指针停在地址0处。
当写完1024个数据后，写指针⼜回到了地址0处，此时读写地址相等。
⽽随写随读，读写地址也相等。
所以⽆法通过读写地址进⾏判满判空。
因此可以对地址增加1个⾼bit，来指⽰是否发⽣了回卷。
此时若读写地址相等，则为空。
若最⾼bit不同，但其余位相同，那么则为满。
判满时，需要将读地址同步到写时钟域进⾏判断。
判空时，需要将写地址同步到读时钟域进⾏判断。
为什么采⽤格雷码同步地址因为FIFO的地址是逐1增加的，因此可以把逐1增加的地址编码为相邻数只有1位不同的格雷码。
在实现跨时钟域信号采集时，如果数据每次只改变⼀位，那么就可以使⽤单⽐特跨时钟域处理⽅式直接采样。
⼆进制码和格雷码转换B2G⼆进制码右移⼀位，⾼位补0，与原⼆进制码按位相异或。
assign gray = （bin >> 1）^ binG2BGn = Bn；Gi-1=Bi ^ Bi-1； ( i=1,2,n-1; )assign bin[N-1] = gray[N-1] ;generategenvar i;for(i=0;i<N-1;i=i+1) begin:b2gassign binary[i] = grey[i]^binary[i+1];endendgenerateFIFIO深度。
IC设计基础系列之CDC篇3：揭秘《跨时钟域处理》三大方法
IC设计基础系列之CDC篇3：揭秘《跨时钟域处理》三大方法原文：/times_poem/article/details/73056952跨时钟域处理是FPGA设计中经常遇到的问题，而如何处理好跨时钟域间的数据，可以说是每个FPGA初学者的必修课。
如果是还在校的本科生，跨时钟域处理也是面试中经常常被问到的一个问题。
在本篇文章中，主要介绍3种跨时钟域处理的方法，这3种方法可以说是FPGA界最常用也最实用的方法，这三种方法包含了单bit和多bit数据的跨时钟域处理，学会这3招之后，对于FPGA相关的跨时钟域数据处理便可以手到擒来。
本文介绍的3种方法跨时钟域处理方法如下：00001. 打两拍；00002. 异步双口RAM；00003. 格雷码转换。
第一种方法：打两拍大家很清楚，处理跨时钟域的数据有单bit和多bit之分，而打两拍的方式常见于处理单bit数据的跨时钟域问题。
打两拍的方式，其实说白了，就是定义两级寄存器，对输入的数据进行延拍。
如下图所示。
应该很多人都会问，为什么是打两拍呢，打一拍、打三拍行不行呢？先简单说下两级寄存器的原理：两级寄存是一级寄存的平方，两级并不能完全消除亚稳态危害，但是提高了可靠性减少其发生概率。
总的来讲，就是一级概率很大，三级改善不大。
这样说可能还是有很多人不够完全理解，那么请看下面的时序示意图：data是时钟域1的数据，需要传到时钟域2（clk）进行处理，寄存器1和寄存器2使用的时钟都为clk。
假设在clk的上升沿正好采到data的跳变沿（从0变1的上升沿，实际上的数据跳变不可能是瞬时的，所以有短暂的跳变时间），那这时作为寄存器1的输入到底应该是0还是1呢？这是一个不确定的问题。
所以Q1的值也不能确定，但至少可以保证，在clk的下一个上升沿，Q1基本可以满足第二级寄存器的保持时间和建立时间要求,出现亚稳态的概率得到了很大的改善。
如果再加上第三级寄存器，由于第二级寄存器对于亚稳态的处理已经起到了很大的改善作用，第三级寄存器在很大程度上可以说只是对于第二级寄存器的延拍，所以意义是不大的。
异步fifo实现原理
异步fifo实现原理小伙伴！今天咱们来唠唠异步FIFO这个超有趣的东西哦。
异步FIFO呢，简单说就是一种数据缓存的小能手。
想象一下，你有两个小伙伴，一个小伙伴干活特别快，另一个呢有点慢悠悠的。
快的那个小伙伴想把东西交给慢的那个，可直接交的话就乱套了。
这时候异步FIFO就像个小管家，把快的小伙伴的东西先好好收着，再按照慢小伙伴能接受的速度给他。
那它到底是怎么做到的呢？这里面可有不少小秘密呢。
咱们先来说说FIFO的基本结构。
它就像一个小仓库，有入口和出口。
在异步FIFO里，这个小仓库被分成了好多小格子，每个小格子都能放一个数据。
这个小仓库的大小可是很重要的哦，如果太小了，可能数据就会丢啦，就像一个小盒子装不下太多东西一样。
再说说读写指针。
这俩指针就像是在小仓库里巡逻的小保安。
读指针呢，就负责看看从哪里把数据拿出去，写指针就负责看看把新数据放在哪里。
在异步FIFO里，这两个指针可有点特别，因为它们工作的时钟不一样呢。
就像两个小伙伴，一个按照白天的时间作息，一个按照晚上的时间作息。
当写数据的时候，写指针就会向前移动一格，就像小保安巡逻到下一个小格子一样。
这个时候，数据就被妥妥地放在了新的小格子里。
读数据的时候呢，读指针也会向前走一格，然后把数据取出来。
这里面有个很关键的点哦，就是怎么知道这个FIFO 是空的还是满的呢？如果读指针和写指针指向了同一个小格子，那这个FIFO可能是空的，因为没有新的数据被写进去嘛。
但是呢，也有可能是满的哦，这就有点绕了。
为了区分这两种情况，异步FIFO会用一些小技巧。
比如说，用多几位的指针，或者用一些额外的逻辑来判断。
这就像是给小保安多一些判断的依据，让他们能准确知道仓库的状态。
还有哦，异步FIFO里面的跨时钟域问题。
因为读写指针工作在不同的时钟下，就像两个不同节奏的音乐在同时演奏。
这时候就很容易出问题啦。
为了让它们能和谐共处，就需要一些特殊的处理。
比如说，用同步器把指针的信号从一个时钟域同步到另一个时钟域。
4.异步FIFO的设计
利用异步FIFO在跨时钟域中降低亚稳态发生概率在数字电路设计中，时钟是整个电路最重要、最特殊的信号，系统内大部分器件的操作都是在时钟的跳变沿上进行,如果时序不满足要求，就可能造成逻辑状态出错甚至整个系统设计的失败。
随着SOC技术的不断发展，数字系统设计的复杂度也在日益增加，经常需要跨时钟域的数据传输，通信技术等异步设计才能实现特定的功能需求。
本文设计的异步FIFO就是为了解决将数据从一个时钟域同步的读/写到另一个时钟域，并且能很好的避免亚稳态的发生。
1.异步系统任意的两个系统如果满足以下条件之一，如图1-2所示，就可称其为异步的：（1）工作在不同的时钟频率上；（2）工作在相同频率上，但相位不同图1-2 异步系统时钟当两个不同时钟域的系统进行数据传输，由于接口处是异步的，就可能会违反建立时间和保持时间规则导致亚稳态以及不可靠的数据传输，因此处理起来较同步逻辑复杂困难。
在同步系统中，输入信号必须总是满足寄存器时序要求，所以亚稳态不会发生。
亚稳态问题通常发生在当一个信号在无关的线路中或异步时钟域中传输。
在所有的异步系统中，亚稳态是不可避免的。
1.1亚稳态所有的数字器件寄存器都定义了一个信号时序要求，满足了这个要求寄存器才可以正确地在输入端获取(capture)数据在输出端产生数据。
为了确保数据的可靠与正确性，在数据传输过程中必须满足寄存器的建立时间和保持时间，如图1-1，即输入数据在时钟沿之前必须稳定一段时间(寄存器建立时间Tsu)并且在时钟沿之后稳定一段时间(寄存器保持时间Th)，然后寄存器输出经过一个特定的时钟到输出延时(clock to output ,Tco)后有效。
图1-1 建立时间与保持时间如果一个数据信号在翻转中违反了一个寄存器的建立和保持时间的要求，寄存器的输出可能就会出现亚稳态。
在亚稳态中，寄存器的输出值在高和低之间徘徊一段时间，这就意味着输出翻转到一个确定的高或低的延时会超过固定的时钟到输出延时。
异步FIFO的设计与实现
摘要随着数字系统规模的不断增大，单时钟域设计会极大地限制数字系统性能，现代数字系统为了提升性能，常采用多时钟域的设计。
跨时钟域的信号在传输时会遇到亚稳态现象，如何保持系统稳定地传输数据是多时钟域系统设计者重点关注的问题，在跨时钟域传递数据的系统中，常采用异步FIFO（First In First Out，先进先出队列）口来缓冲传输的数据，以克服亚稳态产生的错误，保证数据的正确传输。
常规的异步FIFO 设计采用先同步读写指针后比较产生空／满标志和用先比较读写指针产生空／满标志，再同步到相应时钟域的方法，但由于常规异步FIFO 模块中的RAM 存储器读写寻址指针常采用格雷码计数器以与“空满”控制逻辑的存在，工作频率低，面积大，将使通过这两个模块的信号通路延时对整个模块的工作频率造成制约。
本文提出了一种新型异步FIFO 的设计方法，该方法省略“了满”信号产生模块和多余的存储器位深来简化常规的FIFO 模块，而只保留“空”信号产生模块，避免使用大量的同步寄存器，减少了面积空间。
FPGA 验证的结果表明，改进后的异步 FIFO 性能有了显著的提高。
关键词：现场可编程门阵列（FPGA ）亚稳态空/满标志产高速FIFOABSTRACTWith the increasing of digital system size, a single clock domain designwill greatly limit the digital system performance. To enhance the performance of modern digital systems, multiple clock domain design is conventionally adopted. While being transmitted, Cross-clock domain signals will come across the phenomenon of metastability, hence it will be a major concern for the multi -clock domain system designers to probe how to maintain the system stability and to have data transmission conducted smoothly. As to the bus system data transmission in the system where the two data interface clocks don’t match, one of super and effective solutions is to use asynchronous FIFO buffer memory. How To solve the key and difficult issue that metastability and how to generate empty and full flag correctly in asynchronous FIFO design. Traditional FIFO design often synchronizes write/read address first, then compares them to generate empty/full signals or empty / full flag first compare the read and write pointer, and then synchronized to the clock domain, This design takes on too much area and can only work at a low frequency，this will allow the signaling pathways of these two modules delay caused by constraints of the operating frequency of the entire module. A new method of asynchronous FIFO is proposed to overcome these problems，omit the "full" signal generator module and redundant memory bit depth to simplify the conventional FIFO module, leaving only the "empty" signal generation module，avoid the use of a large number of synchronization registers, reducing the area of space. FPGA verification results show that the asynchronous FIFO improved performance has been significantly improved.Keywords: Field Programmable Gate Array (FPGA); Metastable; Mmpty / Full Flag production; High-speed FIFO目录摘要 (I)ABSTRACT (I)第一章绪论 (1)1.1研究背景和意义 (1)1.2研究现状 (1)1.3本文的主要工作 (3)1.4论文结构 (3)第二章跨时钟域设计的挑战与实现方法 (3)2.1跨时钟域设计的挑战 (4)2.1.1亚稳态问题 (4)2.1.2亚稳态产生的原因 (5)2.1.3亚稳态的危害 (5)2.2 跨时钟域的实现方法 (6)2.2.1同步器 (6)2.2.2握手机制 (9)第三章开发环境 (11)3.1硬件平台 (11)3.2软件平台 (11)第四章异步FIFO的设计与实现 (13)4.1异步FIFO (13)4.1.1异步FIFO工作原理 (13)4.1.2异步FIFO设计的难点 (14)4.2常见异步 FIFO 的设计 (16)4.2.1 读写地址产生逻辑 (18)4.2.2空/满标志的产生与代码的实现 (19)4.3.3改进的异步 FIFO 设计方法分析 (22)4.4高速异步FIFO的设计与实现 (23)4.4.1常见FIFO模块分析 (23)4.4.2高速异步FIFO 设计 (25)第五章结论 (28)第六章参考文献 (29)致谢 (30)附录高速异步FIFO设计仿真分析 (31)附1. 设计工作流程 (31)附.1.1 设计输入 (31)附.1.2 设计编译 (35)附.1.3 设计仿真 (36)第一章绪论1.1研究背景和意义作为21 世纪最重要的科学领域之一，超级计算机是体现科技竞争力和综合国力的重要标志。
跨时钟域信号同步方法6种
跨时钟域信号同步方法6种ASIC中心1 引言??? 基于FPGA的数字系统设计中大都推荐采用同步时序的设计，也就是单时钟系统。
但是实际的工程中，纯粹单时钟系统设计的情况很少，特别是设计模块与外围芯片的通信中，跨时钟域的情况经常不可避免。
如果对跨时钟域带来的亚稳态、采样丢失、潜在逻辑错误等等一系列问题处理不当，将导致系统无法运行。
本文总结出了几种同步策略来解决跨时钟域问题。
2 异步设计中的亚稳态??? 触发器是FPGA设计中最常用的基本器件。
触发器工作过程中存在数据的建立(setup)和保持(hold)时间。
对于使用上升沿触发的触发器来说，建立时间就是在时钟上升沿到来之前，触发器数据端数据保持稳定的最小时间。
而保持时间是时钟上升沿到来之后，触发器数据端数据还应该继续保持稳定的最小时间。
我们把这段时间成为setup-hold时间(如图1所示)。
在这个时间参数内，输入信号在时钟的上升沿是不允许发生变化的。
如果输入信号在这段时间内发生了变化，输出结果将是不可知的，即亚稳态 (Metastability)?图1??? 一个信号在过渡到另一个时钟域时，如果仅仅用一个触发器将其锁存，那么采样的结果将可能是亚稳态。
这也就是信号在跨时钟域时应该注意的问题。
如图2所示。
???? 信号dat经过一个锁存器的输出数据为a_dat。
用时钟b_clk进行采样的时候，如果a_dat正好在b_clk的setup-hold时间内发生变化，此时b_ dat就既不是逻辑"1"，也不是逻辑"0"，而是处于中间状态。
经过一段时间之后，有可能回升到高电平，也有可能降低到低电平。
输出信号处于中间状态到恢复为逻辑"1"或逻辑"0"的这段时间，我们称之为亚稳态时间。
???? 触发器进入亚稳态的时间可以用参数MTBF(Mean Time Between Failures)来描述，MTBF即触发器采样失败的时间间隔，表示为：?其中fclock表示系统时钟频率，fdata代表异步输入信号的频率，tmet代表不会引起故障的最长亚稳态时间，C1和C2分别为与器件特性相关的常数。
多比特信号的跨时钟域处理
多比特信号的跨时钟域处理是数字系统设计中一个复杂且关键的问题。
在数字电路中，不同的时钟域可能具有不同的频率、相位和占空比，这导致在多比特信号从一个时钟域传递到另一个时钟域时，可能会出现数据丢失、亚稳态和时序违规等问题。
因此，为了确保信号的完整性和可靠性，需要采取一系列的策略和技巧。
首先，了解亚稳态的概念对于理解跨时钟域问题至关重要。
当信号的建立时间和保持时间不满足接收端的时序要求时，接收端可能会在一段不确定的时间内处于一个不稳定的状态，这就是亚稳态。
亚稳态可能导致数据错误或系统崩溃，因此需要尽量避免。
为了避免亚稳态，最常用的方法是使用双寄存器同步。
这种方法的基本思想是在接收端使用两个或更多的触发器来采样信号。
第一个触发器可能会进入亚稳态，但是通过第二个触发器的再次采样，可以极大地降低亚稳态传播到后续逻辑的概率。
然而，对于多比特信号，仅使用双寄存器同步可能不足以确保数据的完整性，因为不同的比特可能在不同的时间点发生变化，导致接收端采样到不一致的数据。
为了解决多比特信号的问题，可以使用格雷码。
格雷码是一种二进制编码方式，其特点是任意两个相邻的数只有一位不同。
在跨时钟域传输中，使用格雷码可以将多位数据的同时变化转化为单一位的变化，从而降低亚稳态的风险。
在发送端，将原始数据转换为格雷码，然后在接收端再将格雷码转换回原始数据。
除了格雷码，还可以使用握手协议来处理多比特信号的跨时钟域传输。
握手协议是一种同步机制，通过发送请求和确认信号来确保数据的正确传输。
在发送端，当数据准备好后，发送一个请求信号。
接收端在检测到请求信号后，等待一段足够长的时间以确保数据稳定，然后采样数据并发送一个确认信号。
发送端在接收到确认信号后，继续发送下一个数据。
通过这种方式，可以确保每个数据都被正确接收，并且避免了数据的丢失和重复。
最后，还可以使用异步FIFO（First In First Out）来处理多比特信号的跨时钟域传输。
异步FIFO 是一种特殊的缓冲区，可以在不同的时钟域之间传递数据。
异步fifo时序约束
异步FIFO时序约束在数字电路设计中，异步FIFO（First-In First-Out）是一种常见的同步和异步信号之间的缓冲器。
由于FIFO是在不同的时钟域上操作，因此需要考虑时序约束以确保数据正确传输。
本文将介绍异步FIFO的时序约束及其重要性。
一、异步FIFO简介异步FIFO是一种存储器，它可以在不同的时钟域上读写数据。
在数字电路设计中，FIFO被广泛应用于解决不同时钟域之间的数据传输问题。
由于异步FIFO 涉及跨时钟域的操作，因此需要特别注意时序约束，以避免数据冲突和亚稳态问题。
二、异步FIFO时序约束异步FIFO的时序约束主要包括以下几个方面：1.读/写时钟域的约束：为了保证数据的正确传输，读/写时钟域必须满足一定的时序要求。
具体来说，写时钟域的频率应该高于读时钟域的频率，以避免数据在FIFO中溢出。
同时，两个时钟域之间的相位差也应该控制在一定的范围内，以避免数据读写时出现冲突。
2.读/写指针的约束：读/写指针是FIFO中用于追踪读写位置的变量。
为了保证数据的正确读写，读/写指针必须满足一定的时序要求。
具体来说，写指针的更新应该发生在写时钟域的上升沿，而读指针的更新应该发生在读时钟域的上升沿。
这样可以确保在正确的时钟周期内进行数据读写操作。
3.数据有效性的约束：由于异步FIFO涉及跨时钟域的操作，因此需要考虑数据的有效性。
具体来说，当读指针小于写指针时，FIFO中的数据是有效的；而当读指针大于或等于写指针时，FIFO中的数据是无效的。
因此，需要根据实际情况对数据的读写进行控制，以确保数据的正确性。
4.空/满标志的约束：空/满标志是用于指示FIFO是否为空或满的标志位。
为了保证数据的正确传输，空/满标志必须满足一定的时序要求。
具体来说，当FIFO为空或满时，相应的标志位应该被及时更新；而当FIFO不为空或满时，相应的标志位应该保持不变。
这样可以确保在正确的时钟周期内进行数据读写操作。
三、结论异步FIFO时序约束是数字电路设计中需要考虑的重要问题之一。
信号跨时钟域的几种方法
在数字电路中，信号跨越不同时钟域时可能会引起时序问题。
以下是处理信号跨时钟域的几种常见方法：1. **双同步FIFO（First-In-First-Out）：**- 使用双口RAM实现的FIFO，一个端口用于每个时钟域，允许数据在两个时钟域之间进行安全的同步传输。
- 数据从一个时钟域写入FIFO，在另一个时钟域被读取。
这样可以避免直接跨越时钟域传输信号，减少时序问题。
2. **同步器（Synchronizer）：**- 使用两个触发器（寄存器）级联，将信号从一个时钟域同步到另一个时钟域。
第一个触发器使用源时钟域的时钟，第二个触发器使用目标时钟域的时钟。
- 这种方法可以帮助减少时序问题，但需要注意，过多的级联同步器可能会引入潜在的冒险条件和时序不确定性。
3. **双触发器同步器（Dual-Flip-Flop Synchronizer）：**- 这种同步器使用两个同步器，但其中一个同步器的时钟源于目标时钟域的时钟。
- 这种方法可以提供更好的稳定性和抖动抑制。
4. **手动握手协议（Handshaking Protocols）：**- 在两个时钟域之间建立一种通信协议，通过在数据传输前后进行握手来确保数据的正确性和同步性。
- 这种方式可以通过协议规定好的状态转换确保数据在不同时钟域之间的有效传输。
5. **异步FIFO：**- 异步FIFO允许在不同时钟域之间传输数据，不过需要特殊的异步FIFO设计，通常会引入更复杂的电路结构。
在处理信号跨时钟域时，确保采用合适的方法并考虑到不同时钟域之间的时序关系至关重要。
同时，最好在设计中尽量减少跨时钟域的信号传输，以减少潜在的时序问题。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。