高速数据的跨时钟域处理方法及验证

《高速数据的跨时钟域处理方法及验证》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第３５卷第６期西安工业大学学报Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．６２０１５年６月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＪｕｎ．２０１５ＤＯＩ：１０．１６１８５／ｊ．ｊｘａｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．２０１５．０６．００２高速数据的跨时钟域处理方法及验证侯宏录，齐晶晶（西安工业大学光电工程学院，西安７１００２１）摘要：为了解决高速相机数据采集和处理速率的不匹配问题，利用现场可编程逻辑门阵列内部存储资源，研究了高速、大容量异步ＦＩＦＯ的工作原理，提出了异步ＦＩＦＯ工作中的亚稳态和空／满标识问题，采用ＶｅｒｉｌｏｇＨＤＬ编写

2、时序代码和ＱｕａｒｔｕｓＩＩ工具宏模块定制两种方法实现异步ＦＩＦＯ．研究结果表明：当写入时钟为８２ＭＨｚ，异步ＦＩＦＯ可实现的读出时钟为５０ＭＨｚ，实现了高速数据采集和传输系统的跨时钟域处理．关键词：异步ＦＩＦＯ；现场可编程逻辑门阵列；跨时钟域；数据传输中图号：ＴＭ６１５文献标志码：Ａ文章编号：１６７３９９６５（２０１５）０６０４３４０７犕犲狋犺狅犱犪狀犱犞犲狉犻犳犻犮犪狋犻狅狀狅犳犆狉狅狊狊犆犾狅犮犽犇狅犿犪犻狀犘狉狅犮犲狊狊犻狀犵犳狅狉犎犻犵犺犛狆犲犲犱犇犪狋犪犎犗犝犎狅狀犵?犾狌，犙犐犑犻狀犵?犼犻狀犵（Ｓｃｈｏｏｌｏｆ

3、ＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｍｉｓｍａｔｃｈｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒａｔｅｉｎｈｉｇｈｓｐｅｅｄｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｏｒａｇｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆＦＰＧＡｉｓｕｓｅｄａｎｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＦＩＦＯｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏａｎａｌｙｚ

4、ｅｔｈｅｍｅｔａ?ｓｔａｂｌｅｓｔａｔｅａｎｄｆｕｌｌ／ｅｍｐｔｙｓｉｇｎａｌｔｏａｃｈｉｅｖｅａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＦＩＦＯｕｓｉｎｇＶｅｒｉｌｏｇＨＤＬａｎｄＱｕａｒｔｕｓＩＩｔｏｏｌｓｍａｃｒｏｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｒｏｓｓｃｌｏｃｋｄｏｍａｉｎｏｆｈｉｇｈｓｐｅｅｄｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ，ｗｈｅｎｔｈｅｗｒｉｔｅｃｌｏｃｋｉｓ８２ＭＨｚａｎｄｔｈｅｒｅａｄｃｌｏｃｋｉｓ５０ＭＨｚ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＦＩＦＯ；ｆｉｅｌｄｐｒｏｇｒａｍｍ

5、ａｂｌｅｇａｔｅａｒｒａｙ；ｃｒｏｓｓｃｌｏｃｋｄｏｍａｉｎ；ｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ随着微电子技术和图像传感器技术的发展，高必须对采集到的数据进行跨时钟域处理才能保证［１］速视频采集技术已经广泛应用于航天航空、医学图数据的传输无丢失．像分析、现代工业自动化生产、道路交通和科学研对于不同时钟域间的数据传输，文献［２］提出究中．高速视频采集系统能够记录肉眼无法分辨的了一种基于符号化模型检验工具ＳＭＶ的异步先过程，在后期回放过时，将高速过程清晰地展现出进先出队列（ＦｉｒｓｔＩｎｐｕｔＦｉｒｓｔＯｕｔｐｕｔ，ＦＩＦＯ）的模来，为数

6、字图像处理、分析和目标识别等提供了依型验证方法，利用ＳＭＶ对该系统模型和系统属性据．高速图像采集和处理系统中包含多个时钟，数进行了验证，有效解决跨时钟域信号传输产生的亚据在不同时钟域传输的周期和相位完全独立，因此稳态问题；文献［３］提出了一种在ＦＰＧＡ内实现高收稿日期：２０１５０４２７基金资助：陕西省科学技术研究发展计划项目（２０１１Ｋ０６?２２）作者简介：侯宏录（１９６０?），男，西安工业大学教授，主要研究方向为光电测试、信息融合、复杂系统工程建模及仿真与作战效能评估．Ｅ?ｍａｉｌ：ｈｌｈｏｕ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ．第６期侯宏录

7、，等：高速数据的跨时钟域处理方法及验证４３５速异步ＦＩＦＯ的方法；文献［４］利用异步ＦＩＦＯ实针和写指针的比较．ＦＩＦＯ中的读写指针值随着读现现场可编程逻辑门阵列（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ写操作的进行不断累加，当计数器满后返回并继续ＧａｔｅＡｒｒａｙ，ＦＰＧＡ）与数字信号处理器（Ｄｉｇｉｔａｌ从０开始循环．ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＤＳＰ）进行数据通信的方案，该方案具有传输速度快、稳定可靠和实现方便的优点；文献［５］主要针对多时钟域下的片上网络的数据同步进行了研究，分析了多时钟域下片上网络跨时钟域数据传输时的亚稳态问

8、题．ＦＰＧＡ内部资源丰富，通常可根据需要将ＦＰＧＡ内部Ｍ９Ｋ存储器模块配置成单端口、简单双端口、真双端口随机存取存储器（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ，ＲＡＭ）、ＦＩＦＯ缓冲器及只读存储器（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ，［６］Ｒ