握手信号学习记录_握手信号的打拍

前阵子去牛客网刷题，看了一道面试题，题目要求发送数据方连续向接收方发送0~7的数据并给出valid的数据有效信号，接收方接到信号后返回一个ready（我自己定义的信号是finish）的信号，发送方收到ready后才等待五个周期才可以发送下一个数据。并且两个模块的时钟频率不同。

这篇文章是记录我自己的学习过程，希望能帮助到喜欢ic设计的伙伴们,也希望大家能够给我一些建议，毕竟这写代码从头到尾没有过参考，纯自己想自己写的，通过仿真得到想要的结果后，是挺有成就感的，在这里可能我的代码风格会和大家不一样，而且可能会有很多不足，希望过来学习讨论的伙伴们多多包涵。

废话不多说直接进入正题，首先这个题目当时看完我就有了一定的思路，因为这个是异步信号，所以对于ready和valid的采样必须要经过同步器进行同步，否则会产生亚稳态现象。第二就是接收方在受到ready（finish）信号后需要等待5个时钟周期才可以发下一个数据，也就是说这里需要用到一个counter计数器。最后就是因为发送的是BCD码，可能会出现多位同时翻转的情况，异步电路可能会出现采样到中间态的情况，所以我把BCD马先转换成格雷码，然后在发送过去再在接收方转换回BCD码，这样就可以防止数据传送的错误（但是后来发现好像没有转换的必要，因为valid打了两拍以后这个时间中间态早就趋于稳定了，但是敲出来加深一下印象也无妨，所以接下来的code会有这个转换的过程）。

先分开来说说代码的组成部分，首先是同步器的实现：

图中的finish（send模块的输入信号）是从接受方那边发来的完成数据接受的信号，这里做了两级同步器，避免亚稳态的产生。

其次就是计数器的部分：

由于是接收到finish信号或者复位信号以后才开始重置count，然后计数5个周期，而count计数到5了以后新的数据就会发送，这里出现了一个count_time,我把他定义为次数，那count_time信号是怎么被赋值的呢？他应该在复位的时候被赋值为5，当count计数5个周期后产生valid信号，那么问题来了，当valid来了以后计数器就应该停止计数，我应该怎么处理这个count_time?于是最初的我就希望计满5后count_time置0，这样一来就不会继续计数了，但是问题又来了，当finish信号来了以后应该又要重新计数5个周期然后发新的数据，可是这是count_time没有回到5的操作，这样的话实现不了握手信号的协议，于是我希望在finish被采样并且打拍后得到的finish_r1的上升沿来了以后使count_time 重新赋值为5。并且valid在看到finish_r1拉高后也变为0，然后五个周期后，新的数据发送，valid再次拉高。但是后来跑仿真发现如果接收端时钟比较慢的话会出现下面的情况：

也就是count_time 再也没有机会被赋值为5了。valid也再也不会被拉高，数据传输中断。那么既然上升沿不行那我就该用下降沿。

代码如下：

那么这个复位问题就解决了。（其实还是有bug的，主要是因为count_time 在两个always中被赋值了，当clk上升沿和finisi_r1同时到来的时候必然会有亚稳态，这个问题我们下一篇文章在做修改，目前记录的是前面学习的内容和问题的总结）

这些问题解决了，那么最后就是小问题了，先来看看vali的产生：

由于必须要五个cycle之后才发一个数据而且这时候对方应该是没有产生finish_r1的所以把他与上，同时当发送方看到finish_r1拉高的时候说明数据已经完成传输，应该拉低vali并且重置count 然后把新的数据发送出去，那么这个数据是如何更新的呢？ 因为是异步的传输他不应该随着clk的信号一直更新，而是跟接收方的信号有关，否则发过去的信号就会被接收方遗漏，从而得不到顺序递增的数据。所以finish_r1在这里又被用到了，代码如下：

 

用finish_r1的上升沿信号作为数据的翻转时钟沿这样一来，能确保对面接收完成后才改变新数据，

最后剩下的就是B2G了：

到这里代码的功能跟作用和我的思路都讲完了，当然了这个肯定是有很多错误的，至少我自己都发现了不少，虽然跑仿真是能过去的，但语法肯定是有问题的，所以记录一下自己的学习历程。在下一篇文章会总结使用状态机修改以后实现的代码，这样子可以避免在不同always语句里面对count_time的赋值。 

Verdi仿真：

（G1是发送方的波形，G2是接收模块的波形）