为什么格雷码可以辅助解决多bit跨时钟域的问题?读完这篇文章,你就会进一步了解事情的本质。
重要的事情讲三遍,由前文可知:
单bit通过两级同步打拍可以有效的解决亚稳态问题。
单bit通过两级同步打拍可以有效的解决亚稳态问题。
单bit通过两级同步打拍可以有效的解决亚稳态问题。
格雷码是一种反射二进制码编码方式,它两个连续的值只相差一位(二进制数字)。它属于一种被称为最小变化码的代码,在这种代码中,相邻的两个码字中只有一个比特发生变化。这是一个未加权的代码,这意味着没有为位置分配特定的权重。
生成方式如下图所示
4位宽格雷码与十进制二进制的对应关系如下:
Decimal | Binary | Gray |
0 | 0000 | 0000 |
1 | 0001 | 0001 |
2 | 0010 | 0011 |
3 | 0011 | 0010 |
4 | 0100 | 0110 |
5 | 0101 | 0111 |
6 | 0110 | 0101 |
7 | 0111 | 0100 |
8 | 1000 | 1100 |
9 | 1001 | 1101 |
10 | 1010 | 1111 |
11 | 1011 | 1110 |
12 | 1100 | 1010 |
13 | 1101 | 1011 |
14 | 1110 | 1001 |
15 | 1111 | 1000 |
如4bit的格雷码一头一尾也是两个相邻码,一个是0000,一个是1000,它们的变换也是只有1bit。是不是很熟悉。对头,“如果是单bit变化的话,可以采用两级打拍的方式进行时钟域同步”。
按照这个思路,我们是不是可以将多bit数据转换为格雷码?然后采用两级打拍的方式同步呢?如果源数据是递增的方式,可以考虑这种处理方式的可能性。如果源数据也是变化无常的,则这种思路就只能嘎然而止了。
二进制转格雷码的方法:
Gray Code最高位G[N]等于二进制码最高位B[N],Gray Code第n位等于二进制码B[n+1]位异或二进制码B[n]位。
以4位宽码字为例,RTL图如下:
格雷码转二进制码的方法:
二进制码最高位B[N]等于格雷码最高位G[N],二进制码第n位B[n]等于二进制码B[n+1]位异或格雷码第n位G[n]。
以4位宽码字为例,RTL图如下:
那么,异步FIFO是如何通过格雷码,实现跨时钟域高效处理的呢?我们下期再讲。
你是否有所收获?你肯定可以参考上述原理和电路,写出二进制与格雷码之间的verilog转换代码。
module B2G #( parameter N = 4 ( input [N-1:0] B, output reg [N-1:0] G ); integer i; always @(*) begin G[N-1] = B[N-1]; for(i=N-2; i>=0; i=i-1) begin G[i] = B[i+1] ^ B[i]; end end endmodule
module G2B #( parameter N = 4 ( input [N-1:0] G, output reg [N-1:0] B ); integer i; always @(*) begin B[N-1] = G[N-1]; for(i=N-2; i>=0; i=i-1) begin B[i] = B[i+1] ^ G[i]; end end endmodule
审核编辑:刘清
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