跨時鐘域處理是fpga設計中經常遇到的問題，而如何處理好跨時鐘域間的資料，可以說是每個fpga初學者的必修課。如果是還在校生，跨時鐘域處理也是面試中經常常被問到的乙個問題。
這裡主要介紹三種跨時鐘域處理的方法，這三種方法可以說是fpga界最常用也最實用的方法，這三種方法包含了單bit和多bit資料的跨時鐘域處理，學會這三招之後，對於fpga相關的跨時鐘域資料處理便可以手到擒來。
這裡介紹的三種方法跨時鐘域處理方法如下：
打兩拍；
非同步雙口ram；
格雷碼轉換。
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方法一：打兩拍
大家很清楚，處理跨時鐘域的資料有單bit和多bit之分，而打兩拍的方式常見於處理單bit資料的跨時鐘域問題。
打兩拍的方式，其實說白了，就是定義兩級暫存器，對輸入的資料進行延拍。如下圖所示。
先簡單說下兩級暫存器的原理：兩級寄存是一級寄存的平方，兩級並不能完全消除亞穩態危害，但是提高了可靠性減少其發生概率。總的來講，就是一級概率很大，**改善不大。
這樣說可能還是有很多人不夠完全理解，那麼請看下面的時序示意圖：
如果再加上第**暫存器，由於第二級暫存器對於亞穩態的處理已經起到了很大的改善作用，第**暫存器在很大程度上可以說只是對於第二級暫存器的延拍，所以意義是不大的。
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方法二：非同步雙口ram
處理多bit資料的跨時鐘域，一般採用非同步雙口ram。假設我們現在有乙個訊號採集平台，adc晶元提供源同步時鐘60mhz，adc晶元輸出的資料在60mhz的時鐘上公升沿變化，而fpga內部需要使用100mhz的時鐘來處理adc採集到的資料(多bit)。在這種類似的場景中，我們便可以使用非同步雙口ram來做跨時鐘域處理。
先利用adc晶元提供的60mhz時鐘將adc 輸出的資料寫入非同步雙口ram，然後使用100mhz的時鐘從ram中讀出。對於使用非同步雙口ram來處理多bit資料的跨時鐘域，相信大家還是可以理解的。當然，在能使用非同步雙口ram來處理跨時鐘域的場景中，也可以使用非同步fifo來達到同樣的目的。
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方法三：格雷碼轉換
我們依然繼續使用介紹第二種方法中用到的adc例子，將adc取樣的資料寫入ram時，需要產生ram的寫位址，但我們讀出ram中的資料時，肯定不是一上電就直接讀取，而是要等ram中有adc的資料之後才去讀ram。這就需要100mhz的時鐘對ram的寫位址進行判斷，當寫位址大於某個值之後再去讀取ram。
在這個場景中，其實很多人都是使用直接用100mhz的時鐘與ram的寫位址進行打兩拍的方式，但ram的寫位址屬於多bit，如果單純只是打兩拍，那不一定能確保寫位址資料的每乙個bit在100mhz的時鐘域變化都是同步的，肯定有乙個先後順序。如果在低速的環境中不一定會出錯，在高速的環境下就不一定能保證了。所以更為妥當的一種處理方法就是使用格雷碼轉換。
對於格雷碼，相鄰的兩個數間只有乙個bit是不一樣的(格雷碼，在本文中不作詳細介紹)，如果先將ram的寫位址轉為格雷碼，然後再將寫位址的格雷碼進行打兩拍，之後再在ram的讀時鐘域將格雷碼恢復成10進製。這種處理就相當於對單bit資料的跨時鐘域處理了。
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