逻辑设计中关于延时n拍的设计方法

引言：在像素领域处理hsync，vsync，active，以及rgb888并行数据。因为Display Monitor Timing标准，控制信号（hsync/vsync/active）以及数据rgb888之间存在着某种特定的关系，其关系大体如下图所示：

图1 ： Hsync Vsync Active 与像素之间的关系

在实际使用的过程中，像素数据需要经过buffer来缓存，逻辑设计经常使用FIFO做数据缓存，而FIFO对像素数据是有延迟的。为了达到hsync vsync与像素数据的同步，并不适合将控制信号也通过FIFO，合适的方法是将控制信号延时固定的时钟节拍，就需要有控制延时N（N>=1）个时钟节拍的逻辑控制。

下面就介绍一些关于固定时钟节拍的延时RTL实现。

方法一：触发器

当N<=2的，适合用D触发器做时钟节拍延时，这样最简便，也节省相应的逻辑资源。

input         d,
output        q,
input         clk,
input         rst_n
	
reg           q_t;
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
begin
	if(!rst_n)
		q_t  <=  1'b0;
	else
		q_t  <=  d;
end

assign q  =  q_t;

其所对应的RTL Schematic为：

每一个D触发器，就在相应的时钟沿延时相应的时钟节拍。

方法二：移位寄存器

此方法本质上也是使用触发器来实现的，下面的HDL代码实现N=3的时钟节拍延时

input         d;
output        q;
input         clk;
input         rst_n;

parameter n   = 3;	

reg [n-1:0]   q_t;

always @ (posedge clk or negedge rst_n)
begin
	if(!rst_n)
		q_t  <=  0;
	else
		q_t  <=  {q_t[n-2:0],d};
end

assign q  =  q_t[n-1];

其所对应的RTL Schematic为：

根据建立的testbench，得到的延迟波形图：

方法三：for循环

下面的HDL代码是实现N=8的时钟延迟，请注意代码中的n为8

input         d,
output        q,
input         clk,
input         rst_n
	
parameter n   = 8;	

reg [n-1:0]   d_t;
reg           q_t;

integer i;
always @ (posedge clk or negedge rst_n)
begin
  if(!rst_n)
  begin
    d_t  <=  0;
    q_t  <=  1'b0;
  end
  else
  begin
    d_t[0]  <=  d;
    for(i=1;i<=n-1;i=i+1)
      d_t[i]  <=  d_t[i-1];
    q_t  <=  d_t[n-1];
  end
end

assign q  =  q_t;

其所对应的RTL Schematic为：

仿真时序图：

这种方法可以明显地看出，所使用的寄存器相比前两种方法要少。

方法四：双端口RAM

方法五：FIFO

当所需要的延时时钟节拍比较多的时候，推荐使用这里两种方法。