Пересечение домена часов
В цифровой электронной конструкции пересечение тактовой области (CDC) или просто тактовое пересечение — это переход сигнала в синхронной цифровой схеме из одной тактовой области в другую. Если сигнал не утверждается достаточно долго и не регистрируется, он может оказаться асинхронным на границе входящего тактового сигнала. [1]
Синхронная система состоит из одного электронного генератора , который генерирует тактовый сигнал , и его тактовой области — элементов памяти, непосредственно тактируемых этим сигналом от этого генератора, и комбинационной логики, подключенной к выходам этих элементов памяти.
Из -за задержек со скоростью света , перекоса времени и т. д. размер тактовой области в такой синхронной системе обратно пропорционален частоте тактовых импульсов. [2] В ранних компьютерах вся цифровая логика обычно работала в одной тактовой области. Из-за в линии передачи потерь и искажений цифровые сигналы с частотой выше 66 МГц трудно передавать по стандартным дорожкам печатной платы (тактовый сигнал — это самая высокая частота в синхронной цифровой системе). Процессоры, которые работают быстрее этой скорости, неизменно являются однокристальными процессорами с система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) или другой встроенный генератор, сохраняющий самые быстрые сигналы на кристалле. Сначала каждый чип ЦП работал в своем собственном тактовом домене, а остальная цифровая логика компьютера работала в другом, более медленном тактовом домене. Некоторые современные процессоры имеют настолько высокую тактовую частоту, что разработчикам приходится создавать несколько разных тактовых доменов на одном процессорном чипе. [ когда? ] [ который? ]
В разных доменах тактирования есть часы с разной частотой , разной фазой (из-за разной задержки тактирования или из-за другого источника тактирования) или того и другого. [3] В любом случае на соотношение фронтов тактовой частоты в двух доменах нельзя полагаться.
Синхронизация однобитового сигнала с тактовой областью с более высокой частотой может быть выполнена путем регистрации сигнала через триггер , который тактируется исходным доменом, таким образом удерживая сигнал достаточно долго, чтобы его можно было обнаружить доменом назначения с более высокой тактовой частотой.
Проблемы метастабильности CDC могут возникать между доменами асинхронных часов; это отличается от сброса метастабильности при пересечении доменов, которая может возникать между синхронными и асинхронными тактовыми доменами. [4] Чтобы избежать проблем с метастабильностью CDC в целевом домене тактовой частоты, в целевой домен включены как минимум два этапа ресинхронизирующих триггеров. Синхронизация однобитового сигнала, проходящего в тактовую область с более медленной частотой, более громоздка. Обычно для этого требуется регистр в каждом тактовом домене с формой обратной связи от домена назначения к домену источника, указывающей на то, что сигнал был обнаружен. [5] Другие потенциальные ошибки проектирования пересечения тактовой области включают сбои и потерю данных. [6]
В некоторых случаях стробирование часов может привести к образованию двух тактовых доменов, в которых «более медленный» домен меняется от одной секунды к другой.
См. также [ править ]
- Перекрестные помехи (электроника)
- Метастабильность в электронике
- Глобально асинхронный, локально синхронный
- Исходно-синхронный
- Код Грея
- асинхронный массив простых процессоров
- Тема дублируется в Триггере (электроника) § Вопросы синхронизации
Ссылки [ править ]
- ^ Паркер, Рой Х. (2 июня 2004 г.). «Внимание: пересечение часов — рецепт для незагрязненных данных в доменах часов» . Журнал Chip Design – Инструменты, технологии и методологии . № 5. Extension Media, Inc. Статья 32. Архивировано из оригинала 27 марта 2019 г.
- ^ Зейтц, Чарльз Л. (декабрь 1979 г.) [1978-07-23]. «Глава 7: Системное время» (PDF) . В Миде, Карвер; Конвей, Линн (ред.). Введение в проектирование СБИС (1-е изд.). Эддисон Уэсли . ISBN 0-20104358-0 . ISBN 978-0-20104358-7 . Архивировано (PDF) из оригинала 19 июня 2020 г. Проверено 6 августа 2020 г. (46 стр.) (Примечание. Ср. изохронная область .)
- ^ Asic World: взаимодействие двух тактовых доменов
- ^ BTV: Сброс основных принципов подписания домена
- ^ Штейн, Майк (24 июля 2003 г.). «Пересекая пропасть: асинхронные сигналы в синхронном мире – поскольку цифровой дизайн становится все более сложным, схемы с несколькими тактовыми генераторами должны надежно взаимодействовать друг с другом» (PDF) . ЭДН . Paradigm Works, Андовер, Массачусетс, США. стр. 59–60, 62, 64, 66, 68–69. Архивировано (PDF) из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 6 августа 2020 г. (7 страниц)
- ^ SemiEngineering: Пересечение тактовой области (CDC)
Дальнейшее чтение [ править ]
- Патил, Гириш (2004). «Пересечение тактового домена — замыкание цикла решения проблем функциональной реализации тактового домена» (PDF) . Системы проектирования Cadence . Архивировано из оригинала (PDF) 25 января 2007 г. (10 страниц)
- Юнг, Пинг (2007). «Пять шагов к качественной проверке CDC» (PDF) . eeNews Европа . Наставническая графика . (17 страниц)
- Афанас, Питер М. (2015). «1: Пересечение тактового домена» . ЛЕДА . Курс 4514. Блэксбург, Вирджиния, США: Кафедра электротехники и вычислительной техники Брэдли, Технологический институт Вирджинии . Архивировано из оригинала 11 мая 2015 г. Проверено 6 августа 2020 г.