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FPGA中利用fifo时钟域转换---慢时钟域转快时钟域

article 2025/2/24 23:31:42

FPGA中利用fifo时钟域转换—慢时钟域转快时钟域

一、时间计算方法

FIFO的输入数据的时钟是40MHz，FIFO输出数据取60MHz，刚好是40MHz的1.5倍，将慢时钟域转快时钟域。另外，fifo输出的数据，要输出给上位机，一帧数据要传输640*512=327680个像素数据，要求帧频为100Hz，对应的时间是1/100Hz=10ms，即要求10ms内将327680个数据传输完毕。验证fifo的输出时钟60MHz是否满足要求的方法：输出一帧数据的时间 = 一帧的总数据量/频率，T=(640 ×1.5 ×512 )/ 60M=8.192 ms

什么是频率：单位时间内周期变化的次数。1 Hz 表示每秒发生一次

二、注意的问题

1、FPGA中的计数器其实就是在计时。FIFO输入端的时钟频率小，输出时钟频率快，为了保证输入FIFO的数据与输出数据速度相等，即FIFO不至于读空，行计数器计数的最大值也必须放大1.5倍，即640*1.5=960，从FIFO中读数据时前640个计数时数据有效，这640个计数期间可以至一个标志rd_en位为1，作为FIFO读使能信号，960中的后320个计时为FIFO读数据消隐期，此时rd_en=0，即不读数据。这样输入FIFO的数据读出FIFO的数据时间上就可以匹配上，不至于将FIFO读空。

2、先预存一行640个数据到FIFO中，存第二行数据的同时，读取第一行的数据，这样FIFO就不会被读空；

3、FIFO输出后面的模块必须要60M的时钟来接收数据，不然数据会不正确。后面模块的时钟慢了数据会丢失，时钟快了会多出无效的数据。

三、代码设计:


module Slow2Fast(
    input i_reset,
    input i_clk_60m ,
    input i_clk_40m,

    input i_valid ,
    input [15:0] data ,


    output o_hsync,
    output o_vsync,
    output [11:0]o_vcnt,
    output [15:0] o_data
);
 
    reg  fifo_clr;
    reg  vsync ;
    reg  hsync ;
    reg  vsync_d ;
    reg  hsync_d;
    wire fifo_rd_req ;
    wire fifo_wr_req  ;
    wire [15:0] fifo_wr_data ;
    wire [15:0] fifo_rd_data ;
 
    reg [11:0]  hcnt;
    reg [11:0]  vcnt ;
    reg i_valid_d1;
    reg i_valid_d2,i_valid_d3;

    reg valid_shift_out,valid_buf;    
    
//行场计数器，就是计时    
    always@(posedge i_clk_60m)begin
        i_valid_d1 <= i_valid;
        i_valid_d2 <= i_valid_d1;
        i_valid_d3 <= i_valid_d2;
        if ((i_valid_d2 == 1'b1) && (i_valid_d3 == 1'b0)) begin //valid 信号的上升沿。上升沿到来，行场计数器清零
            hcnt <= 0;
            vcnt <= 0;
        end
        else begin
            if (hcnt == (960 - 1))begin //输入时钟为40M,输出时钟为60M，60M=1.5*40M。 640*513 乘1.5时得： 960*563
                if (vcnt = (566 - 1)) //563
                    vcnt <= vcnt;
                else begin
                    vcnt <= vcnt + 1;
                end
                hcnt <=0;
            end
            else
                hcnt <= hcnt + 1;      
    end

        
        //vcnt:0到513 hcnt:0到639      
        always@(posedge i_clk_60m) begin
            if (vcnt >= 1 and vcnt <= 512)// vcnt从1开始，因为要预存一行
                vsync <= 1'b1;
            else
                vsync <= 1'b0;

            if((hcnt >= 0 && hcnt <= 639) && (vcnt >= 1 && vcnt <= 512))//FIFO读使能信号，在60M下在前640个计数，读信号为1，后320个计数为读FIFO消隐期
                hsync <= 1'b1;
            else
                hsync <= 1'b0;
            if(vcnt = 513) 
                fifo_clr <=  1'b1;
            else
                fifo_clr <=  1'b0;
        end 

//		打拍
        always@(posedge i_clk_60m)  begin //60M
            hsync_d <= hsync;
            vsync_d <= vsync;
        end
    
 assign  fifo_wr_req  = i_valid;
 assign  fifo_wr_data = i_data;
 assign  fifo_rd_req  = hsync;
   
 assign  o_hsync      = hsync_d;
 assign  o_vsync      = vsync_d; 
 assign  o_data       = fifo_rd_data;
	
 assign  o_vcnt = vcnt;
   
    fifo_out inst_fifo_out 
      (
          .rst		( fifo_clr ),
          .wr_clk	(  i_clk_40m ),//写FIFO时钟为40M
          .rd_clk 	(i_clk_60m) ,//读FIFO时钟为60M
          .din  	(fifo_wr_data)   ,
          .wr_en   	(fifo_wr_req)  ,
          .rd_en   	(fifo_rd_req) ,
          .dout    	(fifo_rd_data) ,
          .full  	(),
          .empty   	(),
          .wr_rst_busy	(),
          .rd_rst_busy 	()
      );

endmodule