时钟切换中的glitch
在SoC等芯片设计中,常常会设置多种时钟工作模式,例如正常模式和低功耗模式等,因此在芯片运行过程中常会进行时钟切换,本文使用的方法适合多个时钟源,只是在此只展现了两种时钟源,如下。
如果直接使用简单粗暴的代码进行时钟切换:
assign outclock = select? clk1: clk0;
这种写法是肯定会产生毛刺的,这对整个芯片系统是很危险的,很容易进入亚稳态的情况,系统很容易bug。
如下所示:
对于上述电路结构,代码如下所示:
assign outclock = (clk1 & select) | (~select & clk0);
不出意外,上述代码仍然是一模一样的产生毛刺。
因此,为了上述毛刺不出现,需要采取电路进行毛刺消除,对于时钟源分为同步和异步的情况,分为如下两种解决方案:
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CLK0与CLK1为同步时钟源,即CLK0与CLK1成整数倍关系:
可以在每个时钟源的选择路径SELECT中插入一个通过下降沿触发的D触发器,因此可以保证时钟切换时不会出现毛刺,因为此时select的电平变化不会引起输出信号outclock的变化,只有当此时钟源完成一个下降沿,完全被取消以后,输出信号才会和下一个时钟源是一致的。如下所示:
代码如下所示:
从上图中第二个箭头开始,实际发生时钟切换。
reg out0; reg out1; always @(negedge clk1&nbs***bsp;negedge rst_n)begin if(!rst_n ) out1 <= 0; else out1 <= ~out0 & select; end always @(negedge clk0&nbs***bsp;negedge rst_n)begin if(!rst_n ) out0 <= 0; else out0 <= ~select & ~out1; end assign outclk = (out1 & clk1) | (out0 & clk0);
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CLK0与CLK1为无关时钟源,即异步时钟源
在第一种方法的基础上,在选择路径上再插入一个上升沿触发D触发器,这是对异步信号进行同步处理,这样即使是两个异步的时钟源进行切换,也可以避免亚稳态的产生。
代码如下所示:
从上图中第二个箭头开始,实际发生时钟切换。
reg out_1_1; reg out1; reg out_0_1; reg out0; always @(posedge clk1&nbs***bsp;negedge rst_n)begin if(!rst_n)begin out_1_1 <= 0; end else begin out_1_1 <= ~out0 & select; end end always @(negedge clk1&nbs***bsp;negedge rst_n)begin if(!rst_n)begin out1 <= 0; end else begin out1 <= out_1_1; end end always @(posedge clk0&nbs***bsp;negedge rst_n)begin if(!rst_n)begin out_0_1 <= 0; end else begin out_0_1 <= ~select & ~out1; end end always @(negedge clk0&nbs***bsp;negedge rst_n)begin if(!rst_n)begin out0 <= 0; end else begin out0 <= out_0_1; end end assign outclk = (out1 & clk1) | (out0 & clk0);
上述代码是解决时钟切换毛刺问题的,那么问题来了,怎么解决IO口固定周期的glitch问题呢?