IC設計：ram的應用-異步時鐘域位寬轉換

在進行模塊設計時，我們經常需要進行數據位寬的轉換，常見的兩種轉換場景有同步時鐘域位寬轉換和異步時鐘域位寬轉換。本文將介紹異步時鐘域位寬轉換

異步時鐘域的位寬轉換讀時鐘和寫時鐘屬于兩個時鐘。如下案例中，數據位寬由32bit轉40bit，寫時鐘頻率156.25MHz，讀時鐘頻率125Mhz，寫數據為32bit，讀數據位寬為40bit，通過計算得到入口數據速率和出口數據速率保持一致（156.25 *32==40 *125）。

存儲模塊是由寄存器搭建的。那么需要多大存儲模塊呢？32和40的最小公倍數為160，極限場景下，只需要160bit的寄存器作為存儲就夠了，但是讀操作通常晚于寫操作，并且考慮到時鐘有抖動有偏移，為了避免溢出，稍微增加一部分緩存，我們可以采用320bit作為存儲模塊。因此寫側32bit寫10次，讀側40bit讀8次，讀寫兩側所需的時間相等。

注意事項：寫地址(wr_addr)跳轉范圍是09，讀地址(rd_addr)跳轉范圍07。

如圖所示：

buff_array為320bit的數據存儲。

vld_array為80bit的有效標志位存儲：vld_array[n]為1表示buff_array[4n+3:4n]存在4bit的有效數據。

always @(posedge wr_clk or negedge wr_rst_n) begin
  if (~wr_rst_n) begin
    buff_array  <= {DATA_FIFO_DEPTH{1'b0}};
    vld_array <= {VALID_FIFO_DEPTH{1'b0}};
  end else begin
    if (wr_en) begin
        buff_array[ wr_addr*32  +: 32]  <= wr_data_i;
        vld_array[wr_addr*8 +: 8] <= {8{wr_valid_i}};
      end
    end
  end

reg [10-1:0] rd_valid_bus;
reg [40-1:0]  rd_data_bus;
always @(*) begin
  rd_data_bus[40-1:0]  = buff_array[  rd_addr*40  +: 40];
  rd_valid_bus[10-1:0] = vld_array[rd_addr*10 +: 10];
end
integer i;
reg [40-1:0] rd_data_valid_mask;
always @(*) begin
  for(i = 0; i < 40; i = i + 1) begin
      rd_data_valid_mask[i] = rd_valid_bus[i/4];
  end
end
always @(posedge rd_clk or negedge rd_rst_n) begin
  if (~rd_rst_n) begin
    rd_data_o  <= {40{1'b0}};
    rd_valid_o <= 1'b0;
  end else begin
    if (rd_en) begin
      rd_data_o  <= rd_data_bus & rd_data_valid_mask;
      rd_valid_o <= |rd_valid_bus;
    end else begin
      rd_data_o  <= {40{1'b0}};
      rd_valid_o <= 1'b0;
    end
  end
end