FPGA跨时钟域处理方法

跨时钟域处理（Cross-Clock Domain Crossing, CDC）是FPGA和数字电路设计中的一个常见问题。它主要是指在不同频率或不同相位的时钟域之间传输数据时所面临的挑战。由于时钟之间的不同，数据可能会在时钟边缘上被读取，从而可能导致亚稳态（Metastability）或数据丢失。

跨时钟域设计的常见策略

以下是几种常用的方法和最佳实践，可以帮助您安全地在不同的时钟域之间传输数据：

1. 双边沿采样：

   使用两个触发器串联，分别在接收时钟的两个边沿对信号进行采样。

   • reg sync_ff1, sync_ff2;
     always @(posedge clk_in) begin
         sync_ff1 <= async_signal; // 在输入时钟的上升沿采样
         sync_ff2 <= sync_ff1;      // 在输入时钟的下一个上升沿采样
     end
     // sync_ff2现在是被同步到clk_in的信号
     

   • FIFO（先进先出队列）：

     • 对于需要传输的较大数据量，使用FIFO可以处理数据流的差异。
     • FIFO可以设计成使用源时钟写入，使用目标时钟读取。这种方法可以处理高数据量的跨时钟域传输，同时避免亚稳态。
     • 许多FPGA开发平台提供了内置的FIFO模块。

   • 握手协议