這兩天調(diào)試圖像，有一個(gè)模塊輸出圖像出現(xiàn)閃屏現(xiàn)象，模塊環(huán)境定義如下：

由于涉及到進(jìn)出內(nèi)存操作，為了排除進(jìn)出內(nèi)存問(wèn)題，先屏蔽掉幀緩存模塊，發(fā)現(xiàn)圖像不閃，因此可以定位幀緩存引入的問(wèn)題。

再看幀緩存模塊，由于該模塊已經(jīng)過(guò)測(cè)試，復(fù)用性強(qiáng)穩(wěn)定性高，不會(huì)出現(xiàn)大問(wèn)題，這時(shí)對(duì)端口信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

輸入控制信號(hào)是36MHz，幀緩存模塊內(nèi)部工作時(shí)鐘是100MHz，因此需要對(duì)輸入控制信號(hào)同步到100MHz下。

輸入時(shí)序如下：

輸入i_a，i_b（脈沖信號(hào)），同時(shí)c = i_a && i_b;

因?yàn)楹竺婺K需要同時(shí)用到同步后的i_a信號(hào)以及c信號(hào)，所以需要對(duì)i_a，以及c信號(hào)同時(shí)跨時(shí)鐘域，經(jīng)過(guò)同步模塊后，抓信號(hào)發(fā)現(xiàn)2個(gè)信號(hào)不再同步了。而每次抓信號(hào)看，同步后的i_a與c相差一個(gè)周期，而不同的綜合版本，相差的一個(gè)周期前后不一致。

這里我就犯了一個(gè)很?chē)?yán)重的錯(cuò)誤，就是多個(gè)信號(hào)分別跨時(shí)鐘域后進(jìn)行交匯，存在節(jié)拍上的不確定性。

即對(duì)于同樣的同步器，輸入信號(hào)a和b經(jīng)過(guò)同步以后，o_a與o_b不再保持原有的時(shí)序關(guān)系。

因此，為了解決該問(wèn)題，不再對(duì)i_a和i_b分別同步，而是只對(duì)i_a進(jìn)行同步，由o_a生成o_b信號(hào)。

這時(shí)就到了第二步操作：

assign o_b = o_a && flag；

其中，o_a與flag均為目標(biāo)時(shí)鐘域（100MHz）。此時(shí)再抓信號(hào)，依然發(fā)現(xiàn)當(dāng)o_b為1時(shí)，存在o_a為0的情況，這從邏輯上是怎么也解釋不通的，而且，兩個(gè)信號(hào)主要存在差一個(gè)周期的情況，因此還是懷疑同步問(wèn)題。

再看同步代碼，發(fā)現(xiàn)如下設(shè)計(jì)：

最普通的做法，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行延展，再用目標(biāo)時(shí)鐘采樣，得到同步后脈沖。

由于是慢時(shí)鐘域同步到快時(shí)鐘域，所以不存在采樣不到的問(wèn)題，但這里仍然有個(gè)很大的問(wèn)題，就是同步器的第一級(jí)寄存器會(huì)由于不滿足建立保持時(shí)間而產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)：

一般情況，跨時(shí)鐘域信號(hào)經(jīng)過(guò)第二個(gè)寄存器后會(huì)趨于穩(wěn)定，因此前面用d1與d2信號(hào)做同步輸出信號(hào)必然會(huì)因亞穩(wěn)態(tài)問(wèn)題導(dǎo)致輸出也呈亞穩(wěn)態(tài)。

因此簡(jiǎn)要修改代碼：

此時(shí)再抓信號(hào)看，各控制信號(hào)正常，再看圖像，也不再閃爍。

跨時(shí)鐘域問(wèn)題很多數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)的教科書(shū)都有講到，對(duì)于芯片設(shè)計(jì)有專(zhuān)門(mén)的CDC檢查，但對(duì)于FPGA開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，一般很少使用相關(guān)CDC工具，只能靠開(kāi)發(fā)者在設(shè)計(jì)的時(shí)候就考慮全面。

脈沖信號(hào)跨時(shí)鐘域最常用的就是NDFF方式：

（1）因?yàn)檩斎雜ig_in不一定在rx_clk的第一個(gè)時(shí)鐘沿采樣到，同時(shí)考慮到建立保持時(shí)間，輸入脈沖的持續(xù)時(shí)間必須大于2*Prx_clk；

（2）為了避免綜合工具對(duì)同步電路的優(yōu)化造成節(jié)拍上的不確定性以及亞穩(wěn)態(tài)，輸入sig_in最好為時(shí)序邏輯，而synchronizer內(nèi)部不能有任何組合邏輯；

（3）多個(gè)不同信號(hào)進(jìn)行跨時(shí)鐘域后進(jìn)行交匯，則無(wú)法保證輸出信號(hào)的時(shí)序，上面第一個(gè)問(wèn)題就是這個(gè)道理；

（4）NDFF的第一級(jí)觸發(fā)器輸出信號(hào)存在不穩(wěn)定性，即亞穩(wěn)態(tài)，一般要經(jīng)過(guò)第二級(jí)寄存器后信號(hào)會(huì)趨于穩(wěn)定，因此如果用第一級(jí)輸出作為最終輸出，結(jié)果依然會(huì)存在亞穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，見(jiàn)上面第二個(gè)問(wèn)題。

跨時(shí)鐘域當(dāng)然還有很多其他方式，同步器只是最簡(jiǎn)單最常用的一種，常見(jiàn)的還有握手、FIFO等，也各有注意事項(xiàng)。

對(duì)于視頻流來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)路徑常用FIFO，而控制信號(hào)往往采用幀頭信號(hào)同步后，重新生成其他控制信號(hào)。

以上遇到的問(wèn)題，也是在設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮全面導(dǎo)致，以后還需多注意。