關於異步fifo的快轉慢的問題

  最近一位好朋友跟我提起一個線程同步fifo的問題，或者很有水準的。我貼在這兒給大家看一下：線程同步fifo務必將讀寫能力的pointer來做比較導致滿和空數據信號，但是倘若fifo的2個時鍾域的clk距離特別是在大，pointer在做跨時鍾域轉換的情形下就會產生問題。什麽問題呢？慢時鍾采快時鍾會漏采數據信息。

  舉例子：線程同步fifo，寫時鍾500M，讀時鍾100M，距離5倍。那麽寫時鍾域的write_pointer就會以500M的工作頻率提高，但是讀時鍾的read_pointer提高的工作頻率是100M。如今要判斷滿和空，滿是在寫時鍾域判斷的，空是在學時鍾域判斷的。下邊的圖所表明：

  判斷滿的法子是拿write_pointer和做完CDC轉換回家的read_pointer來做比較。CDC轉換的法子是采用格雷碼過二級flip-flop的同步控製器。由於read_pointer屬於100M的工作頻率，write時鍾域有500M，歸屬於快采慢，CDC轉換不易有什麽問題。因此滿的判斷不易有哪些問題。

  判斷空的法子是拿read_pointer和做完CDC轉換回家的write_pointer做比較。CDC轉換的方法也是采用格雷碼過二級flip-flop的同步控製器。由於write_pointer的變化工作頻率是500M，而read時鍾域僅有100M的clk，屬於慢采快，CDC的轉換就會出問題。

  出什麽問題？

  因為read時鍾的工作頻率過低，因而write_pointer做完CDC之後獲得的將是零星的離散變量的抽樣值，而不是連續的值，例如極有可能會抽樣到格雷碼的5->10->15，而不是連續的格雷碼的5->6->7->8............

  那麽該怎麽解決這個問題？

  這個問題事實上沒法解決，也無需解決。

  為什麽沒法解決？

  因為快時鍾往慢時鍾傳數據信息，要想一個不漏，唯一的方法就是hold住（通常來講，至少hold住目標時鍾域2T）。把現如今數據信息牢牢地keep住，直到數據信息被取離開再傳下一個。但是很明顯write_pointer屬於自增型的，隻需fifo沒有滿，它都可以不斷提高，並不會hold始終不變，因而一定會漏采。

  為什麽無需解決？

  因為隻需fifo夠大，即使見到的write_pointer是離散變量的，也不會傷害到fifo判空。隻需fifo判空不不正確，線程同步fifo的方式就沒有問題，隻不過效率高極有可能略微降低。

  舉例子：

  當read時鍾域抽樣到write_pointer的值是5的情形下，真真正正的write_pointer的值極有可能要多少錢？極有可能早就是5，6，7，8，9這種了。但毫無疑問不容易比5小。

  為什麽不大可能比5小？

  因為對於write_pointer而言，它從4變為5，這一沿變在跨CDC的情形下，僅有沒有采著和采著二種極有可能，沒采著得話，跨完時鍾域得到4，采著了就獲得5。毫無疑問不大可能得到比5大的值。

  也就是說，隻需是格雷碼跨CDC，跨過去的值隻極有可能比真真正正值同樣或者小，不大可能比真真正正值大！

  因而如果在read時鍾域早就看到write_pointer等同於5了，那麽真真正正的write_pointer必然不小於5。那麽依據write_pointer等同於5來判斷空，很有可能得到一個很傳統式的空（還能夠叫假空）！也就是說線程同步fifo原本也了解，讀時鍾域就判斷出空，臨時性停止讀取數據。

  但是這並不會導致不正確，因為那樣傳統式的空判斷，隻是降低了讀的效率高，並沒有導致載入有誤的數據信息或者找不到的數據信息。

  因而，即使抽樣到的write_pointer是個離散值，但是由於線程同步fifo並不會有實際的行為不正確，因而也無需解決這個問題。

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