【芯片設(shè)計(jì)】異步電路碎碎念（六）手撕打拍同步器

倒序?yàn)g覽 · 發(fā)表于 2024-9-11 12:06:00

從這篇開(kāi)始和知乎專(zhuān)欄里的文章順序有所差異，在專(zhuān)欄里第六到第十篇是關(guān)于異步隨機(jī)驗(yàn)證的內(nèi)容，而在推送里為了內(nèi)容的前后銜接就放到最后再說(shuō)。在前面的文章里，我們熟悉了異步邏輯的處理方法：
【芯片設(shè)計(jì)】異步電路碎碎念（四）異步邏輯的處理方法
而后一個(gè)順理成章的事情就是練習(xí)寫(xiě)寫(xiě)代碼啦。再次匯總下之前提到的異步邏輯同步器結(jié)構(gòu)：
1.單比特電平打拍同步器；
2.單比特脈沖打拍同步器；
3.多比特?cái)?shù)據(jù)打拍同步器；
4.多比特電平使能DMUX同步器；
5.多比特脈沖使能握手同步器；
6.異步FIFO；
其中異步FIFO已經(jīng)在前面的專(zhuān)欄中詳細(xì)的寫(xiě)過(guò)代碼了，因此就不在這里重復(fù)。這部分涉及到的代碼位于：
【芯片設(shè)計(jì)】FIFO漫談（七）異步FIFO從格雷碼說(shuō)起
單比特電平打拍同步器單比特打拍同步器的代碼很簡(jiǎn)單，不過(guò)其中有兩點(diǎn)需要注意：
1.可配置性，主要包括打拍級(jí)數(shù)和在源時(shí)鐘域是否需要打拍后輸出；
2.專(zhuān)用同步打拍寄存器，實(shí)際交付的工程中同步器中的打拍寄存器可能會(huì)例化專(zhuān)用的模塊，這是避免被工具優(yōu)化或者做multi-bit，以及在設(shè)置sdc/cdc時(shí)方便統(tǒng)一匹配。

不過(guò)因?yàn)槲覀冎皇鞘炙捍a練習(xí)，就不考慮專(zhuān)用打拍寄存器的事了。那么基于上述，手撕代碼如下：
module async_1bit_delay #(
  parameter DL = 2,
  parameter FF = 1
)( /*AUTOARG*/
// Inputs
i_clk, i_rst_n, i_data, o_clk, o_rst_n, o_data
);
// ----------------------------------------------------------------
// Interface declare
// ----------------------------------------------------------------
input  i_clk;
input  i_rst_n;
input  i_data;
input  o_clk;
input  o_rst_n;
output o_data;
// ----------------------------------------------------------------
// i_clk pipe
// ----------------------------------------------------------------
wire i_data_in;
generate
  if(FF == 0)begin: NO_IN_DFF
assign i_data_in = i_data;
  end //if(FF == 0)begin: NO_IN_DFF
  else begin: IN_DFF
reg i_data_ff;
always @(posedge i_clk or negedge i_rst_n) begin
   if(!i_rst_n)
      i_data_ff endgenerate

// ----------------------------------------------------------------
// o_clk pipe
// ----------------------------------------------------------------
reg [DL -1:0]o_data_ff;
integer i;
always @(posedge o_clk or negedge o_rst_n) begin
  if(!o_rst_n) begin
o_data_ff 代碼比較簡(jiǎn)單所以就不仿真了，反正后面還會(huì)反復(fù)調(diào)用這個(gè)模塊的。
單比特脈沖打拍同步器
單比特脈沖打拍，核心的功能點(diǎn)就是脈沖展寬，一般需要覆蓋接收域兩拍時(shí)鐘（或者三沿原則）。

所以就把時(shí)鐘展寬的代碼寫(xiě)一寫(xiě)好啦，下面是一種相對(duì)比較簡(jiǎn)單的脈沖拓展方式：
module async_pulse_widen #(
  parameter TIMES = 2
)( /*AUTOARG*/
// Outputs
o_data,
// Inputs
clk, rst_n, i_data
);
// ----------------------------------------------------------------
// Interface declare
// ----------------------------------------------------------------
input  clk;
input  rst_n;
input  i_data;
output o_data;
// ----------------------------------------------------------------
// Wire declare
// ----------------------------------------------------------------
localparam TIMES_W = 8;
// ----------------------------------------------------------------
// AUTO declare
// ----------------------------------------------------------------
/*AUTOOUTPUT*/
/*AUTOINPUT*/
/*AUTOWIRE*/
reg  [TIMES_W -1:0]widen_cnt;
wire [TIMES_W -1:0]widen_cnt_d;
wire             widen_cnt_en;
assign widen_cnt_en = (i_data && widen_cnt == {TIMES_W{1'b0}}) ||
                  (widen_cnt == TIMES) ||
                  (widen_cnt != {TIMES_W{1'b0}}) ;
assign widen_cnt_d  = (i_data && widen_cnt == {TIMES_W{1'b0}}) ? widen_cnt + 1'b1 :
                  (widen_cnt == TIMES)                ? 1'b0 :
                                                            widen_cnt + 1'b1;

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
  if(!rst_n) begin
widen_cnt 這里面的TIMES就是要展寬的倍數(shù)，這個(gè)代碼的展寬結(jié)果輸出是在脈沖使能的下一拍開(kāi)始的，如展寬5倍：

同時(shí)如果在展寬過(guò)程中有下一個(gè)脈沖到達(dá)，那么是不響應(yīng)的：

多比特?cái)?shù)據(jù)打拍同步器如果多比特?cái)?shù)據(jù)沒(méi)有使能信號(hào)，也就是說(shuō)不關(guān)心正確數(shù)值同步過(guò)去的時(shí)間，只要同步過(guò)去就行，或者格雷碼跨異步這種場(chǎng)景，那么可以選擇多比特?cái)?shù)據(jù)打拍同步器。多比特?cái)?shù)據(jù)打拍同步器只需要例化若干單比特打拍同步器就可以了：
module async_nbit_delay #(
  parameter DL = 2,
  parameter WD = 1,
  parameter FF = 1
)( /*AUTOARG*/
// Outputs
o_data,
// Inputs
i_clk, i_rst_n, i_data, o_clk, o_rst_n
);
// ----------------------------------------------------------------
// Interface declare
// ----------------------------------------------------------------
input       i_clk;
input       i_rst_n;
input [WD -1:0]i_data;
input       o_clk;
input       o_rst_n;
output[WD -1:0]o_data;
genvar i;
generate
  for(i=0; i

系列文章入口——

【芯片設(shè)計(jì)】SoC 101（一）：緒論

【芯片設(shè)計(jì)】FIFO漫談（零）從無(wú)處不在的FIFO開(kāi)始說(shuō)起

【芯片設(shè)計(jì)】計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)（一）虛擬內(nèi)存

【芯片設(shè)計(jì)】深入理解AMBA總線（零）緒論

【芯片設(shè)計(jì)】握手協(xié)議的介紹與時(shí)序說(shuō)明

【芯片設(shè)計(jì)】復(fù)位那些小事 —— 復(fù)位消抖

【芯片設(shè)計(jì)】快速入門(mén)數(shù)字芯片設(shè)計(jì)（一）Introduction

【芯片驗(yàn)證】UVM源碼計(jì)劃（零）下定決心讀源碼前的自測(cè)環(huán)節(jié)

【芯片設(shè)計(jì)】異步電路碎碎念（一）到底什么是異步電路

【芯片設(shè)計(jì)】從RTL到GDS（一）：Introduction

其他文章鏈接——

【芯片驗(yàn)證】sva_assertion: 15道助力飛升的斷言練習(xí)