门控时钟和时钟使能

门控时钟

时钟使能电路是同步设计的重要基本电路，在很多设计中，虽然内部不同模块的处理速度不同，但是由于这些时钟是同源的，可以将它们转化为单一的时钟电路处理。在FPGA的设计中，分频时钟和源时钟的skew不容易控制，难以保证分频时钟和源时钟同相。故此推荐采用使用时钟使能的方法，通过使用时钟使能可以避免时钟“满天飞”的情况，进而避免了不必要的亚稳态发生，在降低设计复杂度的同时也提高了设计的可靠性。

门控时钟 Verilog示例代码：

input wr_n; //写使能信号，低有效

input cs_n; //片选信号，低有效

input[7:0] db; //输入数据总线

 

output db_r; //锁存输出

 

reg db_r; //输入数据寄存器

wire d_clk; //门控时钟信号

 

assign d_clk = wr_n || cs_n;

 

always @ (posedge d_clk) //门控时钟上升沿

db_r <= db; //锁存输入数据

 

RTL Viewer:

 

 

组合逻辑中多用门控时钟，一般驱动门控时钟的逻辑都是只包含一个与门（或门）。如果有其它的附加逻辑，容易因竞争产生不希望的毛刺。

 

使能时钟

 

Verilog示例代码：

input clk; //50MHz时钟信号

input wr_n; //写使能信号，低有效

input cs_n; //片选信号，低有效

input[7:0] db; //数据总线

 

output db_r;

reg db_r; //输入数据寄存器

wire en; //使能信号

 

assign en = ~wr_n && ~cs_n;

 

always @ (posedge clk) //全局时钟上升沿

if(en) //使能锁存输入

db_r <= db; //锁存输入数据

 

RTL Viewer:

 

 

使能时钟这要是用于时序逻辑中，比门控时钟要来的稳定。

上面只是一个举例，实际上它们实现的功能上还是有一点差别的。门控时钟一例中是能够比较准确的在wr_n的上升沿锁存数据的。而使能时钟一例中在wr_n有效期间的每个时钟周期都会锁存输入数据，最后写入结束后锁存寄存器里的数据是wr_n上升前的0-T(T=1/clk)时间内锁存的数据。因为是个例子，也就不详细说，具体情况具体分析。

 

在某系统中，前级数据输入位宽为8，而后级的数据输出位宽32，我们需要将8bit的数据转换成32bit的数据，因此后级处理的时钟频率为前级的1/4，若不使用时钟时能，则就要将前级时钟进行4分频来作为后级处理的时钟，这种设计方法会引入新的时钟域，为了避免这种情况，我们采用了时钟时能的方法来减少设计的复杂度。

 

module gray
(
input clk,
input rst_n,
input [7:0] data_in,
outputreg [31:0] data_out,
outputreg clk1x_en
);

reg [1:0] cnt;
reg [31:0] shift_reg;

always @ (posedge clk,negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
cnt <=2'b0;
else
cnt <= cnt +1'b1;
end 

always @ (posedge clk,negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
clk1x_en <=1'b0;
elseif(cnt ==2'b01)
clk1x_en <=1'b1;
else
clk1x_en <=1'b0;
end

always @ (posedge clk,negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
shift_reg <=32'b0;
else
shift_reg <= {shift_reg[23:0],data_in};
end

always @ (posedge clk,negedge rst_n)
begin
if(!rst_n)
data_out<=32'b0;
elseif(clk1x_en==1'b1)//仅在clk1x_en为1时才将shift_reg的值赋给data_out
data_out<=shift_reg;
end 

endmodule