FPGA设计中，跨时钟域问题的处理

FPGA设计中，跨时钟域问题的处理

今天和大侠简单聊一聊FPGA设计中跨时钟域问题的处理，话不多说，上货。

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。

本次主要介绍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。

介绍的3种方法跨时钟域处理方法如下：

• 1、打两拍；
• 2、异步双口RAM；
• 3、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的影响，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