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設計のポイント

DCFIFOによりクロックが異なる回路を接続し、開発リードタイム短縮

設計内容分類FPGA設計のポイント
解決できる課題開発リードタイムの短縮、コスト低減

実現したい仕様・課題

FPGA内で動作クロックの異なる回路ブロック同士を接続すると、クロックドメインをまたぐ信号の受け渡しでメタステービリティ(準安定状態)やデータ化けが発生します。クロックドメイン間を安全に橋渡しする回路を毎回自前で設計すると工数がかかります。確実かつ短期間でドメイン間接続を実現したいというのが課題です。

設計のポイント

クロック周波数や位相の異なる回路ブロック間のデータ受け渡しには、DCFIFO(Dual Clock FIFO:書き込み側と読み出し側で別クロックを持つFIFO)を用いるのが定石です。書き込み側はそのクロックでFIFOへデータを入れ、読み出し側は別のクロックで取り出せるため、クロックドメインクロッシング(CDC)に伴うメタステービリティやデータ取りこぼしを、実績のある仕組みで安全に吸収できます。FIFOのフル/エンプティといったステータスフラグを用いてフロー制御を行えば、データレートの異なるブロック間でもオーバーラン・アンダーランを防げます。DCFIFOは各FPGAベンダのIP(パラメータ化IP・ライブラリ)として提供されており、深さ・ビット幅・フラグ仕様を指定して生成できるため、CDC回路を一から自作する場合に比べて設計・検証の工数を大幅に削減でき、開発リードタイムの短縮につながります。設計時には、必要なバースト長やレート差を吸収できるFIFO深さを見積もること、フラグの観測タイミングを正しく扱うことが、安定動作のポイントとなります。

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補足情報

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