（一）單bit信號(hào)同步器

最經(jīng)典的2DFF 1-bit同步器如下，下圖結(jié)構(gòu)通常用于單bit控制信號(hào)的異步處理：

絕大數(shù)情況下，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)寄存器R1進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)后，在第二級(jí)寄存器R2采樣R1的輸出前，R1的輸出已經(jīng)能穩(wěn)定在0或1。

注意：

cdc_s信號(hào)必須做到glitch free，也就是我們通常說(shuō)的寄存輸出；

int_s信號(hào)鏈路禁止組合邏輯，其本質(zhì)也是杜絕glitch的出現(xiàn)。

偏執(zhí)狂的IC designer肯定會(huì)問(wèn)，第一級(jí)寄存器R1的行為到底是啥樣子的？由于cdc_s信號(hào)是Tx clock Domain，而R1寄存器的采用時(shí)鐘是Rx clock Domain，當(dāng)Rx clock采樣時(shí)，若cdc_s正好跳變(不滿足setup/hold)，那么就會(huì)出現(xiàn)如下兩種情況，而前仿真是無(wú)法仿真出下圖2種行為的(具體見(jiàn)芯片設(shè)計(jì)之CDC異步電路(一)一文)。

（二）DMUX同步器 兩級(jí)寄存器（先進(jìn)工藝要求三級(jí)）的同步器通常用于控制信號(hào)的異步處理，但是data bus的異步處理呢？我們可以采用DMUX結(jié)構(gòu)。

注意：

tx_sel、rx_sel有效時(shí)，cdc_d數(shù)據(jù)總線必須保持穩(wěn)定；

（三）握手處理

源時(shí)鐘域先將數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上，并給出一個(gè)valid信號(hào)，而目標(biāo)時(shí)鐘域同步valid信號(hào)后，若valid信號(hào)為高電平則采樣總線數(shù)據(jù)，并返回一個(gè)ready信號(hào)給源時(shí)鐘域。源時(shí)鐘域再次同步該ready信號(hào)，若ready信號(hào)為高，則代表一次握手成功，數(shù)據(jù)傳輸完畢，開(kāi)始進(jìn)行下一次數(shù)據(jù)傳輸。

采用握手機(jī)制可以保證異步multi-bit數(shù)據(jù)傳輸不出現(xiàn)錯(cuò)誤，但由于需要等待握手的完成再傳輸數(shù)據(jù)，因此傳輸效率較低。

（四）異步FIFO

老生常談的異步FIFO，其本質(zhì)是采用格雷碼，在地址連續(xù)的情況下，其對(duì)應(yīng)格雷碼每個(gè)周期只變化1bit，因此可以直接異步采樣。

注意：

FIFO的overflow、underflow問(wèn)題；

tx_addr是連續(xù)的，即地址hamming distance是1；

FIFO深度須2^n；

經(jīng)典的FIFO結(jié)構(gòu)如下：

核心電路：是將FIFO讀寫(xiě)地址指針的二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)成格雷碼，方便同步器打兩拍傳遞到對(duì)向時(shí)鐘域去做空滿判斷。

空滿判斷：為了區(qū)別空滿，我們?cè)黾?bit的地址(MSB)，我習(xí)慣直接用Gray碼比較讀寫(xiě)指針判定空滿：

當(dāng)Gray碼讀寫(xiě)指針完全相等時(shí)，F(xiàn)IFO空；

當(dāng)Gray碼讀寫(xiě)指針最高2bit相反，其余bit相同時(shí)，F(xiàn)IFO滿； 通常二進(jìn)制碼比較空滿是：最高bit不同，其余bit相同，則FIFO滿，而格雷碼則不同哈。

審核編輯：劉清