CPU的控制總線是指一個片選信號和一個讀選通信號,，當(dāng)二者都有效時，F(xiàn)PGA需要對CPU的地址總線進(jìn)行譯碼,，然后把采樣脈沖值送到CPU的數(shù)據(jù)總線上,。

input clk;

input rst_n;

input pulse;

input cs_n;

input rd_n;

input[3:0] addr_bus;

output reg[15:0] data_bus;

reg[15:0] counter;

always @(posedge pulse or negedge rst_n)

         if(!rst_n) counter <= 16'd0;

         else if(pulse) counter <= counter+1'b1;

wire dsp_cs = cs_n & rd_n;

always @(dsp_cs or addr_bus)

         if(dsp_cs) data_bus <= 16'hzzzz;

         else begin

                   case(addr_bus)

                            4'h0: data_bus <= counter;

                            4'h1: ……;

                            ……

                            default: ;

                            endcase

         end

    咋一看,，可能你會覺得這個代碼也沒什么問題，功能似乎都實現(xiàn)了,。而且你會覺得這個代碼簡潔,，也不需要耗費多少邏輯就能實現(xiàn)。但是,，對于這種時鐘滿天飛的設(shè)計,，存在著諸多亞穩(wěn)態(tài)危害爆發(fā)的可能。脈沖信號和由CPU控制總線產(chǎn)生的選通信號是來自兩個異步時鐘域的信號,。它們作為內(nèi)部的時鐘信號時,，一個寫寄存器counter，一個讀寄存器counter,。那么,，很明顯的，存在著發(fā)生沖突的可能,。換句話說,，如果寄存器正處于改變狀態(tài)（被寫）時被讀取了，問題就隨著而來,，如圖3所示,。

圖3 數(shù)據(jù)沖突

    脈沖信號pulse和CPU讀選通信號cpu_cs是異步信號,，pulse什么時候出現(xiàn)上升沿和cpu_cs什么時候出現(xiàn)下降沿是不可控的。所以,，如果它們很不幸的一起觸發(fā)了,，那么，結(jié)果可想而知,。計數(shù)器counter[15:0]正在加一,，這個自增的過程還在進(jìn)行中,，CPU數(shù)據(jù)總線data_bus[15:0]來讀取counter[15:0]，那么到底讀取的值是自增之前的值還是自增之后的值呢,？或者是其它的值呢,？

   所示，它是一個計數(shù)器的近似模型,。當(dāng)計數(shù)器自增一的時候,，如果最低位為0，那么自增的結(jié)果只會使最低位翻轉(zhuǎn),；當(dāng)最低位為1,，那么自增一的后果除了使最低位翻轉(zhuǎn)，還有可能使其它任何位翻轉(zhuǎn),，比如4’b1111自增一的后果會使4個位都翻轉(zhuǎn),。由于每個位之間從發(fā)生翻轉(zhuǎn)到翻轉(zhuǎn)完成都需要經(jīng)過一段邏輯延時和走線延時，對于一個16位的計數(shù)器,，要想使這16位寄存器的翻轉(zhuǎn)時間一致,，那是不可能做到的。所以,，對于之前的設(shè)計中出現(xiàn)了如圖3的沖突時,，被讀取的脈沖值很可能是完全錯誤的。

圖4 計數(shù)器模型

    上面的代碼是最典型的組合邏輯實現(xiàn)方式，是很不可行的,。也許很多朋友會提出異議,，也許還會提出很多類似的組合邏輯方案。但是,，如果沒有同步設(shè)計的思想,，不把這兩個異步時鐘域的信號同步到一個時鐘域里進(jìn)行處理，沖突的問題在無法得到有效解決的,。

    那么,，這個設(shè)計該如果同步呢？實現(xiàn)的方案其實上一次提到FPGA與MCU通信的博文里已經(jīng)給出了答案,。它的設(shè)計思想可以如圖5所示。圖5先是使用脈沖檢測法把脈沖信號與系統(tǒng)時鐘信號clk同步,，然后依然使用脈沖檢測法得到一個系統(tǒng)時鐘寬度的使能脈沖作為數(shù)據(jù)鎖存信號,，也將CPU的控制信號和系統(tǒng)時鐘信號clk同步了。如此處理后,，兩個異步時鐘域的信號就不存在任何讀寫沖突的情況了

圖5 同步處理

    這里提出來的解決方案就是使用了脈沖檢測法進(jìn)行同步，還有一些其它的同步方式,，譬如專用握手信號同步,、異步FIFO等等。