一、簡要概述：

在芯片設計過程中，一個系統(tǒng)通常是同步電路和異步電路并存，這里經(jīng)常會遇到CDC也就是跨時鐘域處理的問題，常見的處理方法，可能大家也已經(jīng)比較熟悉了，主要有單bit跨時鐘處理、多bit跨時鐘處理兩大類，本文以一個總線全握手跨時鐘域處理為例解析，單bit和多bit跨時鐘處理。這里需要注意是多bit含義比較廣泛和總線不是一個概念，如果多個bit之間互相沒有任何關系，其實，也就是位寬大于1的單bit跨時鐘處理問題，如果多個bit之間有關系，作為一個整體，那么我們就叫做總線。因此，大家常說的“多bit跨時鐘處理”也就是總線跨時鐘處理。

二、總線全握手應用場景：

適用慢速總線信號跨時鐘域。慢到快，快到慢均可，只要保證源信號更新時間大于同步時間即可。同步周期為6或者8個慢時鐘周期。

三、總線全握手原理框圖：

總線全握手跨時鐘域原理圖如下所示，使用了兩個單bit同步器模塊，因為是請求和響應都是電平信號，所以這里采用單bit同步器（寄存器打2拍或者3拍）。這里反饋過來的dst_ack_sync信號，經(jīng)過一定處理可以得到src_req和sync_ok信號，圖中我未畫出。可以確定的是當請求和響應均為低電平時，表明一次同步完成。

兩級觸發(fā)器同步原理：假設第一級觸發(fā)器的輸入不滿足其建立保持時間，它在第一個脈沖沿到來后輸出的數(shù)據(jù)就為亞穩(wěn)態(tài)，那么在下一個脈沖沿到來之前，其輸出的亞穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)在一段恢復時間后必須穩(wěn)定下來，而且穩(wěn)定的數(shù)據(jù)必須滿足第二級觸發(fā)器的建立時間，如果都滿足了，在下一個脈沖沿到來時，第二級觸發(fā)器將不會出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)，因為其輸入端的數(shù)據(jù)滿足其建立保持時間。同步器有效的條件：第一級觸發(fā)器進入亞穩(wěn)態(tài)后的恢復時間 + 第二級觸發(fā)器的建立時間 < = 時鐘周期。

注意：在芯片設計中，單bit同步器通常不是私自直接打兩拍處理的，而是使用專用的同步器單元，這樣做的好處是方便后端（PR）可以把兩級觸發(fā)器視為一個整體，把兩級觸發(fā)器放的很近（線延時比較小）。這是因為能更好的滿足第二級觸發(fā)器建立時間，有效的減少亞穩(wěn)態(tài)傳播。

四、總線全握手仿真測試 ：

場景1：源時鐘100Mhz，目的時鐘25Mhz，2級同步器。

從上圖可以看出，同步完成需要6個目的時鐘周期，也就是說完成一次全握手需要6個目的時鐘周期的時間，這就要求源時鐘數(shù)據(jù)信號的更新時間，必須大于同步時間。如果變化太快中間的數(shù)據(jù)會漏采。

場景2：源時鐘25Mhz，目的時鐘100Mhz，2級同步器

從上圖可以看出，同步完成需要6個源時鐘周期，也就是說完成一次全握手需要6個源時鐘周期的時間，這就要求源時鐘數(shù)據(jù)信號的更新時間，必須大于同步時間。如果變化太快中間的數(shù)據(jù)會漏采。

場景3：源時鐘25Mhz，目的時鐘100Mhz，3級同步器

從上圖可以看出，同步完成需要8個源時鐘周期，也就是說使用3級同步器完成一次全握手需要6+2個源時鐘周期的時間。

結論：在使用總線全握手同步器時，不管源時鐘與目的時鐘多大，同步的時間均是慢時鐘的6個時鐘周期，如果使用3級同步器則是8個慢速時鐘周期。這就要求源時鐘信號不能變化太快。

原文標題：CDC(一) 總線全握手跨時鐘域處理

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責任編輯：haq