為什么格雷碼可以輔助解決多bit跨時鐘域的問題?？求解

為什么格雷碼可以輔助解決多bit跨時鐘域的問題？讀完這篇文章，你就會進(jìn)一步了解事情的本質(zhì)。

重要的事情講三遍，由前文可知：

單bit通過兩級同步打拍可以有效的解決亞穩(wěn)態(tài)問題。

單bit通過兩級同步打拍可以有效的解決亞穩(wěn)態(tài)問題。

單bit通過兩級同步打拍可以有效的解決亞穩(wěn)態(tài)問題。

格雷碼是一種反射二進(jìn)制碼編碼方式，它兩個連續(xù)的值只相差一位(二進(jìn)制數(shù)字)。它屬于一種被稱為最小變化碼的代碼，在這種代碼中，相鄰的兩個碼字中只有一個比特發(fā)生變化。這是一個未加權(quán)的代碼，這意味著沒有為位置分配特定的權(quán)重。

生成方式如下圖所示

4位寬格雷碼與十進(jìn)制二進(jìn)制的對應(yīng)關(guān)系如下：

如4bit的格雷碼一頭一尾也是兩個相鄰碼，一個是0000，一個是1000，它們的變換也是只有1bit。是不是很熟悉。對頭，“如果是單bit變化的話，可以采用兩級打拍的方式進(jìn)行時鐘域同步”。

按照這個思路，我們是不是可以將多bit數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為格雷碼？然后采用兩級打拍的方式同步呢？如果源數(shù)據(jù)是遞增的方式，可以考慮這種處理方式的可能性。如果源數(shù)據(jù)也是變化無常的，則這種思路就只能嘎然而止了。

二進(jìn)制轉(zhuǎn)格雷碼的方法：

GrayCode最高位G[N]等于二進(jìn)制碼最高位B[N]，GrayCode第n位等于二進(jìn)制碼B[n+1]位異或二進(jìn)制碼B[n]位。

以4位寬碼字為例，RTL圖如下：

格雷碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制碼的方法：

二進(jìn)制碼最高位B[N]等于格雷碼最高位G[N]，二進(jìn)制碼第n位B[n]等于二進(jìn)制碼B[n+1]位異或格雷碼第n位G[n]。

以4位寬碼字為例，RTL圖如下：

那么，異步FIFO是如何通過格雷碼，實現(xiàn)跨時鐘域高效處理的呢？我們下期再講。

你是否有所收獲？你肯定可以參考上述原理和電路，寫出二進(jìn)制與格雷碼之間的verilog轉(zhuǎn)換代碼。

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

審核編輯：劉清