【Verilog】握手信号实现跨时钟域数据传输-handshake

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【Verilog】握手信号实现跨时钟域数据传输-handshake。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

handshake握手电路

  • 跨时钟域处理是个很庞大并且在设计中很常出现的问题
  • 握手(handshake)是用来处理信号跨时钟域传递的一个有效的方法
  • 使用握手协议方式处理跨时钟域数据传输,只需要对双方的握手信号(req和ack)分别使用脉冲检测方法进行同步
    • req与ack就和TCP传输之前的三次握手协议类似,是一种有来有往的信息请求与应答
  • 具体实现中
    1. 假设req、ack、data总线在初始化时都处于无效状态,发送域先把数据放入总线,随后发送有效的req信号给接收域
    2. 接收域在检测到有效的req信号后锁存数据总线,然后回送一个有效的ack信号表示读取完成应答
    3. 发送域在检测到有效ack信号后撤销当前的req信号,接收域在检测到req撤销(需要进行边沿检测)后也相应撤销ack信号,此时完成一次正常握手通信
    4. 此后,发送域可以继续开始下一次握手通信,如此循环
    • 该方式能够使接收到的数据稳定可靠,有效的避免了亚稳态的出现,但控制信号握手检测会消耗通信双方较多的时间

使用握手信号实现跨时钟域数据传输

  • 题目来源于牛客网刷题库
  • https://www.nowcoder.com/practice/2bf1b28a4e634d1ba447d3495134baac
接口信号图

【Verilog】握手信号实现跨时钟域数据传输-handshake

题目描述
  • 分别编写一个数据发送模块和一个数据接收模块,模块的时钟信号分别为clk_a,clk_b
  • 两个时钟的频率不相同。数据发送模块循环发送0-7,在每个数据传输完成之后,间隔5个时钟,发送下一个数据,在两个模块之间添加必要的握手信号,保证数据传输不丢失
  • data_req和data_ack的作用说明:
    • data_req表示数据请求接受信号,当data_out发出时,该信号拉高,在确认数据被成功接收之前,保持为高,期间data应该保持不变,等待接收端接收数据
    • 当数据接收端检测到data_req为高,表示该时刻的信号data有效,保存数据,并拉高data_ack
    • 当数据发送端检测到data_ack,表示上一个发送的数据已经被接收,撤销data_req,然后可以改变数据data,等到下次发送时,再一次拉高data_req
解题思路
  • 分别编写数据发送模块与数据接收模块
  • 对于数据发送模块
    • 数据发送模块会向数据接收模块发送req请求,表示数据已经准备好,可以发送给接收模块
    • 收到接收模块的ack应答信号,表示数据接收模块同时已经接收到数据,此时需要撤销req请求,改变发送数据data,准备下一次的发送
  • 对于数据接收模块
    • 数据接收模块收到数据发送模块的req信号之后,皆可以进行数据data的接收
    • 当数据接收模块将data接收保存之后,就需要向数据发送模块返回ack信号,表示当前数据data已成功接收,无需继续保持,可以准备下一个要传输的数据了
  • 对于两模块的跨时钟问题
    • 由于两模块具有不同的时钟域,故在进行数据传递时,若直接使用接收到的信号,会产生亚稳态问题,故在两个模块中都需要对不同时钟域传递而来的信号进行同步
代码设计
数据发送模块data_driver
`timescale 1ns/1ns

// 数据发送模块
module data_driver(
	input            clk_a,
	input            rst_n,
	input            data_ack,
	output reg [3:0] data,
	output reg       data_req
);

reg data_ack_1;
reg data_ack_2;
reg [2:0] count;

// 打两拍消除亚稳态
always @(posedge clk_a or negedge rst_n) begin
  if (~rst_n) begin
    data_ack_1 <= 1'b0;
    data_ack_2 <= 1'b0;
  end else begin
    data_ack_1 <= data_ack;
    data_ack_2 <= data_ack_1;
  end
end

// 输出数据data
always @(posedge clk_a or negedge rst_n) begin
  if (~rst_n) begin
    data <= 4'b0;
  end else if (data_ack_1 && !data_ack_2) begin
    if (data == 4'd7) begin
      data <= 4'd0;
    end else begin
      data <= data + 1;
    end
  end else begin
    data <= data;
  end
end

// count计数模块
always @(posedge clk_a or negedge rst_n) begin
  if (~rst_n) begin
    count <= 3'b0;
  end else if (data_ack_1 && !data_ack_2) begin
    count <= 3'b0;
  end else if (data_req) begin
    count <= count;
  end else begin
    count <= count + 1;
  end
end

// data_req信号
always @(posedge clk_a or negedge rst_n) begin
  if (~rst_n) begin
    data_req <= 1'b0;
  end else if (count == 3'b100) begin
    data_req <= 1'b1;
  end else if (data_ack_1 && !data_ack_2) begin
    data_req <= 1'b0;
  end else begin
    data_req <= data_req;
  end
end

endmodule
数据接收模块data_receiver
`timescale 1ns/1ns

// 数据接收模块
module data_receiver(
	input            clk_b,
	input            rst_n,
	input      [3:0] data,
	input            data_req,
	output reg       data_ack
);

reg data_req_1;
reg data_req_2;
reg [3:0] data_in;

// 打两拍消除亚稳态
always @(posedge clk_b or negedge rst_n) begin
  if (~rst_n) begin
    data_req_1 <= 1'b0;
    data_req_2 <= 1'b0;
  end else begin
    data_req_1 <= data_req;
    data_req_2 <= data_req_1;
  end
end

// data_ack信号
always @(posedge clk_b or negedge rst_n) begin
  if (~rst_n) begin
    data_ack <= 1'b0;
  end else if (data_req_1) begin
    data_ack <= 1'b1;
  end else begin
    data_ack <= 1'b0;
  end
end

// 接收data数据到data_in
always @(posedge clk_b or negedge rst_n) begin
  if (~rst_n) begin
    data_in <= 4'b0;
  end else if (data_req_1 && !data_req_2) begin
    data_in <= data;
  end else begin
    data_in <= data_in;
  end
end

endmodule
testbench
`timescale  1ns / 1ps
`include "data_driver.v"
`include "data_receiver.v"

module tb_handshake;

// data_driver Parameters
parameter PERIOD1  = 10;
parameter PERIOD2  = 20; 


// data_driver Inputs
reg   clk_a                                = 0 ;
reg   rst_n                                = 0 ;

// data_receiver Inputs
reg   clk_b                                = 0 ;

wire  [3:0] data;

initial
begin
    forever #(PERIOD1/2)  clk_a=~clk_a;
end

initial
begin
    forever #(PERIOD2/2) clk_b = ~clk_b;
end

initial
begin
    #(PERIOD1*2) rst_n  =  1;
end

data_driver  u_data_driver (
    .clk_a                   ( clk_a           ),
    .rst_n                   ( rst_n           ),
    .data_ack                ( data_ack        ),

    .data                    ( data      [3:0] ),
    .data_req                ( data_req        )
);

data_receiver  u_data_receiver (
    .clk_b                   ( clk_b           ),
    .rst_n                   ( rst_n           ),
    .data                    ( data      [3:0] ),
    .data_req                ( data_req        ),

    .data_ack                ( data_ack        )
);

initial
begin
  $dumpfile("handshake.vcd");
  $dumpvars;
  #1000
  $finish;
end

endmodule
波形

【Verilog】握手信号实现跨时钟域数据传输-handshake文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-450617.html

  • 波形解释
    1. 按照题目要求,data循环发送0~7
    2. 按照题目要求,在一个data成功发送后,需要间隔5个时钟周期,在data_req信号由高到低再到高,中间间隔为5个clk_a周期,即为5个数据发送模块的时钟间隔
    3. 从整个系统的宏观角度进行观测
      • 在clk_a时钟下的data_req拉高发送请求后,clk_b时钟下的data_ack拉高表示数据已接收,紧接着data_req拉低进行数据准备阶段的间隔
      • 在clk_b时种下的data_ack拉高发送反馈后,clk_a时钟下的data_req拉低表示当前数据已停止发送,紧接着data_ack持续拉高表示可以发送新数据
    4. 从数据发送端进行观测
      • 发送数据的同时,data_req持续拉高,表示正在持续进行当前数据的发送,当接收到data_ack信号后,data_req拉低并停止当前数据的发送,准备新数据
      • 固定间隔之后,再次进行数据的请求发送与数据发送
    5. 从数据接收端进行观测
      • 收到data_req信号,开始接收发送来的data数据,当数据成功接收保存后,返回data_ack表示可以接收新数据
      • 反馈data_ack信号的一段时间后,会重新接收到data_req信号表示新数据已经发送,开始新一轮的数据接收工作

到了这里,关于【Verilog】握手信号实现跨时钟域数据传输-handshake的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • 如何实现网络数据传输

    目录 前言 1.理解源IP地址和目的IP地址 2.理解端口号 2.1端口号与进程pid的关系 2.2源端口号和目的端口号 3.协议 3.1TCP协议 3.2认识UDP协议 4.网络字节序 5.socket编程接口 总结         在上一篇文章网络框架中给大家对网络的整体进行了一个宏观的介绍,这篇文章中我们进一步来

    2024年02月13日
    浏览(45)
  • FPGA协议篇:UART通信及Verilog最易懂实现方式/通用于任何工程/带握手信号 ----UART_TX

            UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是一种通用的 异步收发传输协议 ,用于在计算机系统和外部设备之间进行串行数据传输。UART 协议定义了数据的传输格式和通信规则,使得不同设备之间能够进行可靠的数据交换。 首先先把设计代码放到这里: UART_TX完整代

    2024年03月27日
    浏览(50)
  • Android实现与PHP后端的交互(数据传输,文件传输)(超详细/附源码)

    为方便大家浏览,源码先行奉上 github源码链接 https://github.com/Recycle1/Android-connect-PHP csdn源码链接 https://download.csdn.net/download/weixin_52263647/87751491 在Android开发中,经常涉及与服务器端交互的过程,在现在的APP制作中,经常利用互联网通信,从云端获取图片,数据等信息,本篇文

    2024年01月19日
    浏览(36)
  • 手机如何实现边充电边传输数据?

    日常我们在手机连接电脑或者U盘传输数据的时候,虽然都是传输数据,但是主从关系是不同的,在手机连接电脑的时候可以同时给手机充电,而连接U盘的时候是手机提供电力给U盘,造成这种区别到底是由什么控制呢?   首先我们要知道数据和供电是两个角色,数据和供电都

    2024年02月09日
    浏览(43)
  • 握手信号输入一倍,输出两倍[verilog]

    module one_to_two #(     parameter WORD_LEN = 33 ) (     input                     clk,     input                    arst,          input [WORD_LEN-1:0]     i_din,     input                     i_din_valid,     output                     o_din_ready,          output [2*

    2024年02月13日
    浏览(36)
  • 物联网安全:实现数据传输安全的关键技术

    物联网(Internet of Things, IoT)是指通过互联网将物体和日常生活中的各种设备(如传感器、电子标签、智能手机、电子产品等)互联互通,实现人机交互、物物交互和人物交互的大规模网络。随着物联网技术的发展,物联网设备的数量日益增加,这些设备在各个行业中扮演着越来越

    2024年02月19日
    浏览(43)
  • Unity Render Streaming实现自定义数据传输

    Uinity Render Streaming中已有的脚本实现了Video和Audio的收发和InputSystem相关事件的收发,那么如何简单的实现自定义的数据收发呢?(本文实现的是Unity端到Unity端的数据收发) 关于Unity Render Streaming包,其自身提供了与信令服务器建立连接的基础件脚本RenderStreaming.cs,还提供了一

    2024年02月07日
    浏览(51)
  • 前后端数据加密传输(附go语言实现)

    一般的对外服务都是需要服务器支持 https 传输的,那既然有了 https ,数据已经加密了,为什么还要做这个事情呢? 现在大多数应用服务都是使用的前后端分离的方式来开发的,以后端提供的接口来进行业务数据交互。相信有过 web 开发经验的都打开过浏览器的调试控制台,

    2024年02月08日
    浏览(43)
  • 【Flink数据传输(一)】NetworkStack架构概述:实现tm之间的数据交换

    NetworkStack提供了高效的网络I/O和反压控制 除了各个组件之间进行RPC通信之外,在Flink集群中TaskManager和TaskManager节点之间也会发生数据交换,尤其当用户提交的作业涉及Task实例运行在不同的TaskManager上时。Task实例之间的数据交换主要借助Flink中的NetworkStack实现。NetworkStack不仅提

    2024年03月25日
    浏览(42)
  • C# 使用FTP上传文件、下载文件,实现数据传输

    上传文件的方法调用: 下载文件方法:

    2024年02月14日
    浏览(45)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包