Saber 酱的抱枕

关于CDC（clock domain crossing）的知识可谓是满天飞。有太多太多人组织、分析……我不是来重复这个的。我……

那么我也要写出“我流”的杂记

CDC电路五花八门，但是最终要考虑的，其实就三个问题：

1.抑制亚稳态的传播

最最最最常见的多DFF就是这个了，通过多个DFF同步尽力降低亚稳态向后传递的概率。这概率有公式可算，不多说。总之就是一般就2个DFF，要是高频可以进一步增加。（我觉得可以说多DFF基本是CDC电路不可或缺的基础方法……）
但是，符合这个特性，并不一定满足下面其他的特性。
（另，似乎有见到过meta stable的cell，但是应该也会是这样）

2.保证每bit（单bit）信号不漏不错

多DFF虽然能够抑制亚稳态，但是并不能保证抑制完出来的信号是正确的——本来进来的是1，不幸产生了亚稳态，虽然被强行归正到一个确定的信号，但并不一定是1，完全可能是0。
要保证这个，就需要其他手段，例如延长信号时间。比如那个1.5T还是几T的原则，比如握手法中产生电平信号。信号时间长了就有足够的时间去读到一个稳定态了。
但是，单纯的传一个电平信号到另一个时钟域，并不能保证不会被对面抓到亚稳态，运气不好时完全可能发生。（试想你的电平过来时刚好就在对面的时钟上升沿附近）所以还得结合前面一条抑制亚稳态的做法去做。
看起来保证不漏不错这条是正确的废话，但是世间总是有例外：异步fifo（指Clifford E. Cummings的设计）的指针同步就偏偏不需要保证这一点，就算漏采错采也没有多大关系。这个也被无数人说过了，也不多提。
当然，满足这个也不会就天然满足下一条。

3.多bit信号对齐（skew的解决）

应该也都基本上知道这个问题的重要性了。就算你发过去的是几个电平，虽然保证对面总是能收到，但并不能保证对面在哪一T收到：也许就刚好错过了要等下一T，这就使得多bit中不是每一bit都是对（同步）的。（虽然说起来和2有点像，但是，总之有那么一点区别……）所以这个也要特别处理。

如何指导CDC电路选择

纵观五花八门的CDC电路，无非就是组合各种手段解决这三个问题。例如握手就是结合了电平信号和多DFF解决了1和2，但不会天然就解决了3。格雷码很神奇地在某种程度上解决了3（再次，参考异步fifo），但本身并没能解决1和2。也因此如何选用CDC电路也可以从这三点入手，你的电路有哪些问题，就针对性的去选就好了。

论外

当然了还有异步fifo之类这种论外级别的电路，通过储存再读取的方式进行。这的确是无敌的解法，延迟也相当低。在我看来，一般的CDC电路是确实地在两个CD之间交互，而论外方法是把信号提到了CD之外（储存），因此等级上和其它CDC完全不一样233但且不提这里面本身就含有CDC电路，也不提设计的复杂性与问题隐藏的深度，这面积还是会增大的吧……

共性（我流的总结）

除了论外级，CDC的电路目标是，把信号放在对面CD里呆几T（当然，是对面CD的几T），再参与到对面的使用中去。这里的呆几T，不一定限定在某一个cell，可以是一个DFF链（这就是多DFF嘛）。当然一般的逻辑电路是不行的，那不就直接用了……
最体现这点的，莫过于下面这个多bits信号CDC电路：
https://zipcpu.com/blog/2020/10/03/tfrvalue.html
见Fig 3. A proposed 2-phase CDC structure

假装我是图.jpg

你可以看到，多bits的data就这么直直地扔到了对面CD。但是单bit的控制信号仍然是走握手法类似握手的方法传了过去，这使得data在对面CD充分地稳定了一段时间，等到控制信号终于同步过去之后，所有bits早就都稳稳地到达了目标MUX/DFF上。（我在想，这里bits够多的话，做成clock gating行不行？毕竟这博主是做FPGA的，对这事没那么关注我猜）这样就能正确地锁存data了。

关于仿真

异步电路仿真是很难受的，主要是前仿都是理想电路，很多问题都仿不出来。如果问题全积累到后仿…………
有一个方案是这样的。CDC电路中同步的每一bit加入随机延迟（多bits的每一bit延迟时间不同）来模仿skew。反正delay是会被综合器无视的仅仿真参数。这样就能在一定程度上在前仿中发现问题。
当然了现代设计中异步电路仍然需要后仿，这个跑不了。这里面还涉及到LEC问题。不提了。

大概这样就能对CDC问题有一定认识了吧，我猜。

跨时钟域电路（CDC）杂记