关于多信号量打拍的方法讨论

在实际工作中，由于时序的原因必须对相关信号打拍（用D触发器实现）以满足设计要求。

通常思路写法，如下示例代码：

always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin : FF_PRO
    if(!rst_n) begin
        pkt_vld_ff1 <= 1'b0;
        pkt_vld_ff2 <= 1'b0;
        pkt_sop_ff1 <= 1'b0;
        pkt_sop_ff2 <= 1'b0;
        pkt_eop_ff1 <= 1'b0;
        pkt_eop_ff2 <= 1'b0;
        pkt_data_ff1 <= 8'b0;
        pkt_data_ff2 <= 8'b0;
    end
    else begin
        pkt_vld_ff1 <= pkt_vld;
        pkt_vld_ff2 <= pkt_vld_ff1;
        pkt_sop_ff1 <= pkt_sop;
        pkt_sop_ff2 <= pkt_sop_ff1;
        pkt_eop_ff1 <= pkt_eop;
        pkt_eop_ff2 <= pkt_eop_ff1;
        pkt_data_ff1 <= pkt_data;
        pkt_data_ff2 <= pkt_data_ff1;
    end
end

当打拍数增加或者需要打拍的信号量增加，代码长度明显会增加，并且不易扩展。

虽然以上代码看起来很直观，但是这样么有规律的事情什么不做一个CBB呢？

分析以上代码，pkt_vld、pkt_sop、pkt_eop都是控制信号量，信号量打拍需要复位。pkt_data是数据信号量，信号量打拍不需要复位，这样也节省功耗。

带复位的D触发器级联实现：

module SIG_FF_WITH_RST_CBB #(
    parameter DATA_WIDTH    =   10  ,
    parameter FF_NUM        =   5   // D触发器级数
)
(
    input                               clk     ,
    input                               rst_n   ,
    input           [DATA_WIDTH-1:0]    sig_in  ,
    output  reg     [DATA_WIDTH-1:0]    sig_out
);

reg     [DATA_WIDTH-1:0]    sig_ff  [FF_NUM-2:0]    ;

always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin : FF_PRO
    integer i;
    integer j;
    if(!rst_n) begin
        for(i = 0; i < (FF_NUM-1); i = i + 1) begin
            sig_ff[i] <= {DATA_WIDTH{1'b0}};
        end
    end
    else begin
        for(j = 0; j < FF_NUM-1; j = j + 1) begin
            if (j == 0)
                sig_ff[0] <= sig_in;
            else
                sig_ff[j] <= sig_ff[j-1];
        end
    end
end

always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n)
        sig_out <= {DATA_WIDTH{1'b0}};
    else
        sig_out <= sig_ff[FF_NUM-2];
end

endmodule

不带复位的D触发器级联实现：

module SIG_FF_CBB #(
    parameter DATA_WIDTH    =   10  ,
    parameter FF_NUM        =   5   // D触发器级数
)
(
    input                               clk     ,
    input           [DATA_WIDTH-1:0]    sig_in  ,
    output  wire    [DATA_WIDTH-1:0]    sig_out
);

reg     [DATA_WIDTH-1:0]    sig_ff  [FF_NUM-1:0]    ;

always @ (posedge clk) begin : FF_PRO
    integer i;
    for(i = 0; i < FF_NUM; i = i + 1) begin
        if (i == 0)
            sig_ff[0] <= sig_in;
        else
            sig_ff[i] <= sig_ff[i-1];
    end
end

assign sig_out = sig_ff[FF_NUM-1];

endmodule

根据信号量的情况选择，控制信号量代码打拍优化如下：

wire    [2:0]   sig_ctrl_in;
wire    [2:0]   sig_ctrl_out;
assgin sig_ctrl_in = {pkt_vld, pkt_sop, pkt_eop};

SIG_FF_WITH_RST_CBB #(
    .DATA_WIDTH     ( 3                 ),
    .FF_NUM         ( 2                 ) 
)
U_CTRL_SIG_FF_WITH_RST_CBB (
    .clk            ( clk               ), // i
    .rst_n          ( rst_n             ), // i
    .sig_in         ( sig_ctrl_in       ), // i
    .sig_out        ( sig_ctrl_out      )  //o
);

always ( * ) begin
    {pkt_vld_ff2, pkt_sop_ff2, pkt_eop_ff2} = sig_ctrl_out;
end

数据信号量代码打拍优化如下：

wire    [7:0]       sig_data_in;
wire    [7:0]       sig_data_out;

assgin sig_data_in = {pkt_data};

SIG_FF_CBB #(
    .DATA_WIDTH     ( 8                 ),
    .FF_NUM         ( 2                 ) 
)
U_DATA_SIG_FF_CBB (
    .clk            ( clk               ), // i
    .sig_in         ( sig_data_in       ), // i
    .sig_out        ( sig_data_out      )  //o
);

always ( * ) begin
    {pkt_data_ff2} = sig_data_out;
end

当信号量增加或者打拍数改变，只需要修改输入、输出信号量和参数，容易扩展。

若有不正确的地方，欢迎大家指正。