Verilog 图像数据时序生成(timing_gen/output)

本文介绍如何使用Verilog设计图像数据的时序生成。程序详细说明了图像输出时序,包括场同步、行同步信号以及数据传输的格式。时钟周期、HBLANK、HSIZE、VSIZE和VBLANK的数值被给出,同时指出DATA_OUT每次传输的数据量。设计考虑了仿真便利性,实际应用时需按需求调整参数。

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一、要求

图像输出时序如下图所示,其中VSYNC_OUT为场同步信号,HSYNC_OUT为行同步信号,DATA_OUT16bit图像信号,单个通道进行数据传输,输出格式为4096行*4096列*16bit

在这里插入图片描述

  • 时钟为60MHZ
  • HBLANK为512CLK,
  • HSIZE为4096CLK,
  • VSIZE为(4096+512)*4096+512=18874880CLK,
  • VBLANK为14458453CLK
  • DATA_OUT为16bit,一次传输4096个数据。

二、程序设计


//此工程为EMCCD增益控制芯片的输出时序
module hv_data_out
### MUX Clk1 和 Clk2 的时序检查与约束 在设计中,MUX用于选择两个不同源的时钟信号(Clk1 和 Clk2),这可能导致复杂的时序问题。为了确保设计满足时序要求并避免违反约束条件,在综合阶段需要特别注意以下几个方面: #### 1. **时钟域交叉与时序分析** 当MUX切换到不同的时钟源时,可能存在异步时钟域间的转换。如果未正确设置时序约束,则可能引发建立时间和保持时间违规。通过工具如Design Compiler (DC),可以自动选择合适的时钟进行静态时序分析(STA)[^1]。 对于MUX中的Clk1和Clk2,应分别定义各自的周期,并标记不可触及时钟网络以防止意外修改: ```tcl creat_clock Ext_Clk -period 10 creat_clock Test_Clk -period 100 set_dont_touch_network [get_clocks Ext_Clk] set_dont_touch_network [get_clocks Test_Clk] ``` 此外,需禁用特定路径上的时序计算以防误判: ```tcl set_disable_timing CLOCK_GEN/U1 -from a -to y ``` #### 2. **同步与异步复位的影响** 在MUX控制逻辑中引入复位机制时,应注意区分同步复位和异步复位的特点及其潜在风险[^2]。例如,同步复位虽然能过滤掉毛刺(glitches),但如果复位脉冲过短则无法被有效检测;而异步复位虽简单快速,但在释放接近时钟边沿的情况下容易造成亚稳态(metastability)现象。 因此,在实现MUX的选择功能时,建议优先采用同步方式处理输入数据流,同时合理配置复位电路结构来降低上述隐患的发生概率。 #### 3. **OCV 对 Clock Path 的影响** 考虑On-Chip Variation(OCV)效应时,某些clock buffers会被纳入降级因子(de-rating factor)计算范围之内(CPPR),从而进一步加剧了跨多个时钟域操作的风险[^3]。针对这种情况下的优化策略包括但不限于调整buffer大小、增加额外margin以及改进布局布线规划等手段。 #### 示例代码片段 下面展示了一个简单的SystemVerilog模块实例,其中包含了基于select_signal决定输出哪一个时钟给目标寄存器reg_out的过程: ```verilog module mux_clk ( input wire clk1, input wire clk2, input wire select_signal, output reg reg_out ); always @(posedge (select_signal ? clk1 : clk2)) begin reg_out <= ~reg_out; end endmodule ``` 此段程序展示了如何动态改变触发沿所依据的具体时钟源。然而实际应用过程中还需要配合相应的SDC文件设定精确的时间参数才能保障最终产品性能达标。 ---
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