分频时钟、使能时钟、门控时钟的概念和使用一.概述二.时钟设计介绍

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我是靠谱客的博主英勇花瓣，最近开发中收集的这篇文章主要介绍分频时钟、使能时钟、门控时钟的概念和使用一.概述二.时钟设计介绍，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

一.概述

FPGA的时钟和时序以及功能息息相关，下面将介绍分频时钟，使能时钟以及门控时钟。

二.时钟设计介绍

1.分频时钟

有些时候设计需要将主时钟进行分频以降低频率使用，对于有足够PLL和MMCM资源的FPGA，可以使用PLL或MMCM进行分频，但是没有这些资源的FPGA要想降低时钟频率就得靠逻辑来完成。以下是一个将主时钟4分频的代码。

module clock_div(
    input clk_in,
    input rst,
    output clk_div_out
    );

reg [1:0] cnt;
always @(posedge clk_in or posedge rst) begin
    if (rst) begin
        // reset
        cnt <= 2'b0;
    end
    else if (cnt == 1) begin
        cnt <= 0;
    end
    else cnt <= cnt+1;
end

reg clk_div;
always @(posedge clk_in or posedge rst)begin
    if(rst)begin
        clk_div <= 1'b0;
    end
    else if(cnt == 1)begin
        clk_div <= ~clk_div;
    end
    else clk_div <= clk_div;
end

assign clk_div_out = clk_div;
endmodule

该代码块会产生一个4分频的时钟，但是不介意产生这样一个时钟给其他模块用。原因有以下两点。

（1）clk_div由逻辑门（反相器）产生，会有毛刺。

（2）clk_div这个触发器在clk_in时钟有效到输出clk_div信号是有着Tco的时间延迟，这样会让clk_div和clk_in产生较大的相移，然后让clk_div去驱动其他模块，这种做法在设计中会产生较大的问题。

（3）引入多时钟域问题。

2.使能时钟

使能时钟以分频时钟为基础，只不过不产生反相器，生成的信号en不作为时钟去驱动其他模块，而是作为使能信号。如下图：

项目中也用到了使能时钟，比如288位的寄存器，由cpu通过localbus总线32位写下来，那么可以通过cnt计数，cnt为9时（288位被写完）产生一个使能信号，将此288位寄存器给到RAM的输入。网上找了个类似的代码如下：

这是在某系统中，前级数据输入位宽为8位，而后级的数据输出位宽为32，我们需要将8bit数据转换为32bit，由于后级的处理位宽为前级的4倍，因此后级处理的时钟频率也将下降为前级的1/4，若不使用时钟使能，则要将前级的时钟进行4分频来作后级处理的时钟。这种设计方法会引入新的时钟域，处理上需要采取多时钟域处理的方式，因而在设计复杂度提高的同时系统的可靠性也将降低。为了避免以上问题，我们采用了时钟使能以减少设计复杂度。

module clk_en(clk， rst_n， data_in， data_out);  
input clk;  
input rst_n;  
input [7:0] data_in;  
output [31:0] data_out;  
 
reg [31:0] data_out;  
reg [31:0] data_shift;  
reg [1:0] cnt;  
reg clken;  
 
always @(posedge clk or negedge rst_n)  
begin  
 if (!rst_n)  
      cnt <= 0;  
 else 
      cnt <= cnt + 1;  
end  
 
always @(posedge clk or negedge rst_n)  
begin  
 if (!rst_n)  
      clken <= 0;  
 else if (cnt == 2'b01)  
      clken <= 1;  
 else 
      clken <= 0;  
end  
 
always @(posedge clk or negedge rst_n)  
begin  
 if (!rst_n)  
      data_shift <= 0;  
 else 
      data_shift <= {data_shift[23:0]，data_in};  
end  
 
always @(posedge clk or negedge rst_n)  
begin  
 if (!rst_n)  
      data_out <= 0;  
 else if (clken == 1'b1)  
      data_out <= data_shift;  
end  
 
endmodule

可以看到，在上面代码中，也使用到了计数器，但是仅仅是用于产生一个时钟使能脉冲信号，只持续一个clk。而clk_en也没有直接用于驱动其他电路，在整个系统中，所有的时钟都是clk，这样就不会有相移过大以及多时钟域的问题存在了，而且也不会出现由于毛刺带来的影响。