一、慢时钟域向快时钟域

边沿检测同步器

将慢时钟域的脉冲搬移并缩小为快时钟域的脉冲。

既可以检测上升沿，也可以检测下降沿。

如上图，慢时钟下一个有效脉冲的最短周期为慢时钟的一个周期，站在快时钟的角度下，这个慢时钟域的信号会在快时钟域下持续很多个周期。实际上，这个脉冲在慢时钟域只发生了一次，所以如果用快时钟去检查有效脉冲的翻转边沿是最准确的。边沿上升与下降也只有一次。

适用条件：data_width>clk_fast+T_hold,最安全的就是两个同步周期长度。这样才能保证慢时钟域的脉冲足够保持到被快时钟的同步器采样到。

其verilog代码如下：

二、快时钟域向慢时钟域

脉冲同步器

从快时钟域的取出一个单时钟宽度脉冲，在慢时钟域建立新的单时钟宽度脉冲。

图中阴影部分为快时钟域下的翻转电路。

由于在慢时钟域下直接采样快时钟域的信号，很大概率会采样失败。因此，我们采用翻转电路对有效脉冲进行标定。

适用条件：输入脉冲间隔>=2*clk_slow。输入脉冲相隔过近，则慢时钟域的新脉冲也紧密相邻，结果是输出脉冲比一个时钟周期宽；如果太近，则无法检测到每一个脉冲。

其verilog代码如下：

针对此脉冲同步器出现的问题：源时钟域中的第一个脉冲和第二个脉冲间隔过短，第一个脉冲未完成同步，第二脉冲又将状态清空，导致最终脉冲同步丢失。我们引入握手机制进行解决，思路如下：

（1）同步请求产生；当同步器处于空闲（即上一次已同步完成）时，源同步脉冲到达时产生同步请求信号sync_req;

（2）同步请求信号sync_req同步到目的时钟域，目的时钟域产生脉冲信号并将产生应答信号sync_ack；

（3）同步应答信号sync_ack同步到源时钟域，源时钟域检测到同步应答信号sync_ack后，清除同步请求信号；

（4）目的时钟域检测到sync_req撤销后，清除sync_ack应答；源时钟域将到sync_ack清除后，认为一次同步完成，可以同步下一个脉冲。

verilog代码如下：

module HANDSHAKE_PULSE_SYNC(src_clk         , //source clock src_rst_n       , //source clock reset (0: reset)src_pulse       , //source clock pulse insrc_sync_fail   , //source clock sync state: 1 clock pulse if sync fail.dst_clk         , //destination clock dst_rst_n       , //destination clock reset (0:reset)dst_pulse       //destination pulse out);//PARA   DECLARATION//INPUT  DECLARATION
input               src_clk     ; //source clock 
input               src_rst_n   ; //source clock reset (0: reset)
input               src_pulse   ; //source clock pulse ininput               dst_clk     ; //destination clock 
input               dst_rst_n   ; //destination clock reset (0:reset)//OUTPUT DECLARATION
output              src_sync_fail   ; //source clock sync state: 1 clock pulse if sync fail.
output              dst_pulse       ; //destination pulse out//INTER  DECLARATION
wire                dst_pulse       ;
wire                src_sync_idle   ;
reg                 src_sync_fail   ;
reg                 src_sync_req    ;
reg                 src_sync_ack    ;
reg                 ack_state_dly1  ;
reg                 ack_state_dly2  ;
reg                 req_state_dly1  ;
reg                 req_state_dly2  ;
reg                 dst_req_state   ;
reg                 dst_sync_ack    ;//--========================MODULE SOURCE CODE==========================--//--=========================================--
// DST Clock :
// 1. generate src_sync_fail; 
// 2. generate sync req 
// 3. sync dst_sync_ack
//--=========================================--
assign src_sync_idle = ~(src_sync_req | src_sync_ack );//report an error if src_pulse when sync busy ;
always @(posedge src_clk or negedge src_rst_n)
beginif(src_rst_n == 1'b0)src_sync_fail   <= 1'b0 ;else if (src_pulse & (~src_sync_idle)) src_sync_fail   <= 1'b1 ;else src_sync_fail   <= 1'b0 ;
end//set sync req if src_pulse when sync idle ;
always @(posedge src_clk or negedge src_rst_n)
beginif(src_rst_n == 1'b0)src_sync_req    <= 1'b0 ;else if (src_pulse & src_sync_idle) src_sync_req    <= 1'b1 ;else if (src_sync_ack)src_sync_req    <= 1'b0 ;
endalways @(posedge src_clk or negedge src_rst_n)
beginif(src_rst_n == 1'b0)beginack_state_dly1  <= 1'b0 ;ack_state_dly2  <= 1'b0 ;src_sync_ack    <= 1'b0 ;         endelsebeginack_state_dly1  <= dst_sync_ack     ;ack_state_dly2  <= ack_state_dly1   ;src_sync_ack    <= ack_state_dly2   ;         end        
end//--=========================================--
// DST Clock :
// 1. sync src sync req 
// 2. generate dst pulse
// 3. generate sync ack
//--=========================================--
always @(posedge dst_clk or negedge dst_rst_n)
beginif(dst_rst_n == 1'b0)beginreq_state_dly1  <= 1'b0 ;req_state_dly2  <= 1'b0 ;dst_req_state   <= 1'b0 ;endelsebeginreq_state_dly1  <= src_sync_req     ;req_state_dly2  <= req_state_dly1   ;dst_req_state   <= req_state_dly2   ;end
end//Rising Edge of dst_state generate a dst_pulse;
assign dst_pulse = (~dst_req_state) & req_state_dly2 ; //set sync ack when src_req = 1 , clear it when src_req = 0 ;
always @(posedge dst_clk or negedge dst_rst_n)
beginif(dst_rst_n == 1'b0)dst_sync_ack    <= 1'b0;else if (req_state_dly2)  dst_sync_ack    <= 1'b1;else  dst_sync_ack    <= 1'b0;
endendmodule