[發明專利]基于異步FIFO的超導單磁通量子跨時鐘域通信方法及系統

在審

• 申請號: 202210249404.9
• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN115202612A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 劉建;唐光明;楊佳洪;鄭祥雨
• 申請（專利權）人: 中國科學院計算技術研究所
• 主分類號: G06F5/06
• 分類號: G06F5/06;G06F1/06
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 祁建國;陳思遠

本發明提出一種基于異步FIFO的超導單磁通量子跨時鐘域通信方法和系統，包括：初始化FIFO，外部寫電路向FIFO輸入寫信號，FIFO根據寫信號生成寫地址和寫標志，并與讀地址和讀標志進行比較，若讀地址和寫地址相等，但寫標志和讀標志相反，等待外部讀電路讀出數據并生成新的讀標志和讀地址之后，根據寫地址將待寫數據寫入FIFO；否則根據寫地址將待寫數據寫入FIFO。外部讀電路向FIFO輸入讀信號，并產生讀地址和讀標志，與寫地址和寫標志進行比較，如果讀地址和寫地址相同，讀標志和寫標志也相同，則執行等待外部寫電路寫入數據產生一個新的寫地址和寫標志之后，根據讀地址讀出數據返回外部讀電路，否則根據讀地址讀出數據返回外部讀電路。

技術領域

本發明涉及計算機系統中的超導單磁通量子(RSFQ)微處理器領域，特別涉及超導單磁通量子處理器跨時鐘域通信。

背景技術

在進行異步時鐘域通信時，由于不同時鐘域的時鐘頻率和相位可能都不相同，所以在進行跨時鐘域通信時很可能出現如數據丟失，出現不定態等問題。對于這些問題，半導體領域的一種解決方案是采用異步FIFO，工作方式是源時鐘域的電路將數據按順序寫入異步FIFO，目的時鐘域的電路將數據按順序讀出去，而異步FIFO的作用有存儲數據，判定數據有沒有寫滿，有沒有讀空，以及在出現不定態時避免出現數據錯誤。

RSFQ電路領域目前沒有可以用于跨時鐘域通信的異步FIFO，且由于半導體電路和RSFQ電路的不同，直接將半導體電路中的異步FIFO用RSFQ電路實現后存在一些問題：一是在寄存器數目較少時生成地址，轉化成海明碼在進行譯碼這些電路消耗資源太多，二是半導體FIFO為了降低出現亞穩態概率，將地址轉化為海明碼確保每次生成地址時只有一位地址發生改變以降低出錯概率，但是由于RSFQ和半導體電路的區別，這樣的設計在RSFQ電路中并沒有用。

即因為地址改變時電路中信號會發生變化，而異步FIFO需要跨時鐘域，跨時鐘域通信時要使變化的信號數量越少越好，越少越容易減少不定態產生的概率。在半導體電路中用獨熱編碼每次地址變化會有兩根信號線電平翻轉，而采用海明碼只會有一根信號線電平翻轉，并且相同根數的信號線，海明碼可以表示的地址范圍要更大，所以半導體都采用海明碼。而rsfq電路中的信號不是電平信號而是脈沖信號。通過兩個時鐘之間有無脈沖表示1和0,兩個時鐘之間有脈沖為1，無脈沖為0。因此在跨時鐘域通信中，rsfq電路追求的是脈沖數量少，脈沖數量越少越不容易出錯，所以采用只有一個1的onehot編碼。故半導體領域的異步FIFO也無法直接應用在RSFQ領域。

因此需要可在RSFQ電路環境下使用的異步FIFO，以匹配不同時鐘域的時鐘頻率和相位。

發明內容

本發明的目的是解決RSFQ電路跨時鐘域通信的問題，提出了一種適用于RSFQ電路的異步FIFO。

針對現有技術的不足，本發明提出一種基于異步FIFO的超導單磁通量子跨時鐘域通信方法，其中包括：

步驟1、初始化FIFO，外部寫電路向FIFO輸入寫信號，FIFO根據該寫信號生成寫地址和寫標志，并與讀地址和讀標志進行比較，若讀地址和寫地址相等，但寫標志和讀標志相反，執行步驟2；否則根據該寫地址將待寫數據寫入FIFO；

步驟2、此時FIFO已寫滿，等待外部讀電路讀出數據并生成新的讀標志和讀地址之后，根據該寫地址將待寫數據寫入FIFO；

步驟3、外部讀電路向FIFO輸入讀信號，并產生讀地址和讀標志，與該寫地址和該寫標志進行比較，如果讀地址和寫地址相同，讀標志和寫標志也相同，則執行步驟4，否則根據該讀地址讀出數據返回該外部讀電路；

步驟4、此時FIFO已讀空，等待該外部寫電路寫入數據產生一個新的寫地址和寫標志之后，根據該讀地址讀出數據返回該外部讀電路。

2.如權利要求1所述的基于異步FIFO的超導單磁通量子跨時鐘域通信方法，其中該FIFO包括寄存器堆、讀控制電路、寫控制電路；