[發明專利]一種異步時鐘數據傳輸裝置及方法

有效

• 申請號: 200710091152.7
• 申請日: 2007-04-10
• 公開（公告）號: CN101136855A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 羅國強;林曉濤
• 申請（專利權）人: 中興通訊股份有限公司
• 主分類號: H04L12/56
• 分類號: H04L12/56
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司
• 代理人: 許志勇;顏濤

技術領域

本發明涉及一種異步時鐘數據傳輸裝置及方法，尤其涉及一種從快速的源時鐘域向慢速的目標時鐘域傳輸數據時的異步時鐘數據傳輸裝置及方法。

背景技術

在工程設計中，大多數跟數據傳輸相關的應用都涉及到跨越時鐘域的數據移動，比如常用的磁盤控制器、網絡處理器等。當信號從一個時鐘域傳送到另一個時鐘域時，需要被當作異步信號進行處理。對于異步信號處理，最基本的問題是解決信號的穩定性問題，如果解決得不好，則接收到的異步信號可能處于不穩定狀態，比如處于亞穩態，而且可能導致該不穩定狀態在新的時鐘域內傳播蔓延，從而引起系統的功能故障。因此，當信號在異步時鐘域間穿越時，通常需要通過同步器進行同步。當單比特信號在異步時鐘域間穿越時，通常的同步器結構有電平同步器、邊沿檢測同步器和脈沖同步器等。

通常，通過目標時鐘域同步器的同步后，就可以解決異步信號的穩定性問題。在更多的應用中，跨越時鐘傳送的不只是簡單的單比特信號，而是通過數據總線、地址總線、及控制總線等傳輸大量的數據。這些數據信號同樣在同步器的作用后，得到了穩定的信號。但由于異步信號的變化時間和目標時鐘沿關系的不確定性，使得接收到的信號不一定正確。為了解決這個問題，通常的做法是采用握手和先進先出存儲器(First?In，First?Out，簡稱FIFO)接口等方法。

采用握手的這種方法，在源時鐘域的數據有效時，傳送根據單比特的數據準備好的指示信號給目標時鐘域。目標時鐘域在檢測到該指示信號有效后，開始從數據總線上接收數據，并反饋數據已接收的應答信號給源時鐘域。源時鐘域在檢測到該應答信號有效時釋放數據有效指示和數據總線。在這個過程中，為了解決異步信號的穩定性問題，源時鐘域的數據有效指示信號傳遞到目標時鐘域，以及目標時鐘域數據接收應答信號反饋到源時鐘域都需要經過同步器進行同步處理，從而大大降低了這種通信方式的數據傳輸效率。

使用FIFO作為異步時鐘數據傳輸的接口時，除了需要額外的FIFO存儲空間外，還存在對FIFO的控制問題。在FIFO已經滿的時候，不能再往FIFO中寫入數據，這時如果還繼續產生寫操作，就會出現數據丟失現象；類似的，在FIFO為空時，不能再從FIFO中讀取數據，這時如果還從FIFO中讀取數據，則輸出的數據就是不正確的。FIFO空滿狀態的判斷，都需要對FIFO的讀、寫地址進行比較。但是它們在不同的時鐘域內，為了進行比較，需要經過時鐘域同步處理。雖然現在有較成熟的技術來解決這些問題，但是從快速時鐘域向慢速時鐘域傳遞數據時，在慢速時鐘域這一側，數據寫入的速度比數據輸出的速度還要快，這時使用FIFO結構就必須使FIFO的存儲空間設置為無限大，否則會造成數據堆積效應，產生數據溢出問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為了提供一種異步時鐘數據傳輸裝置及其傳輸方法，用于在快速的源時鐘域向慢速的目標時鐘域傳輸數據時，高效、簡單地實現數據的同步傳輸。

為了解決上述技術問題，本發明首先提供一種異步時鐘數據傳輸裝置，包括：

全局時鐘計數單元，用于指示來源于快速源時鐘域的輸入數據的序號；

多通道分配與控制單元，與所述全局時鐘計數單元相連，配置有多個數據通道，用于每個所述數據通道根據所述數據序號，循環地對所述輸入數據進行采樣；

同步控制單元，與所述多通道分配與控制單元相連，用于將所述采樣到的數據同步到目標時鐘域；

字組裝單元，與所述同步控制單元相連，用于將所述同步控制單元同步后的數據組裝成組裝數據并輸出。

根據上述的一種異步時鐘數據傳輸裝置，其中，所述多通道分配與控制單元中的所述每個數據通道，可以在各自的使能信號作用下進行所述采樣。所述多通道分配與控制單元的數據通道個數，可以根據所述源時鐘域的頻率與所述目標時鐘域的頻率來確定。進一步地，所述數據通道個數，可以進一步采用Verilog語言及Verilog編譯仿真器仿真來確定。

根據上述的一種異步時鐘數據傳輸裝置，其中，所述同步控制單元的同步，可以采用雙握手通訊機制。

根據上述的一種異步時鐘數據傳輸裝置，其中，所述字組裝單元，可以進一步用于在所述每個組裝數據組裝完成后，均生成所述組裝數據組裝完成的標志信號，用于指示所述組裝數據組裝完成。所述字組裝單元在進行所述組裝時，所述同步后的數據組裝成一個所述組裝數據的個數，可以根據所述源時鐘域頻率和所述目標時鐘域頻率確定。

根據上述的一種異步時鐘數據傳輸裝置，進一步包括數字信號處理器接口單元，與所述字組裝單元相連，為所述裝置提供數據輸出接口。