skid buffer

今天来学习一下滑动缓冲器。

在总线协议中，反馈握手信号是很常见的。最典型的就是axi总线中的valid-ready信号对。

有数据要发送时，master就将valid拉高， 如果slave可以接收数据，则将ready信号也拉高，因此数据在valid=1且ready=1的时候完成一次传输。

如果slave暂无法接收数据，就将ready拉低，这时若master如果拉高了valid，那么需要保持valid和data的数据不变，直到ready信号拉高。

在这个方案下，可能会产生一个问题，如果ready信号出现时序违例了怎么办？

最常见的方法是在ready路径中加一级寄存器，将其组合逻辑隔断。

这样子我们就产生了两个ready信号，一个是slave输出的信号i_ready，一个是打一拍后给到master的信号o_ready。

这种做法造成的最直接后果就是master接收slave的ready信号会晚一拍，进而会引发至少两个问题。

对于master端而言，它只能看见o_ready,因此输出的data也是跟着o_ready来的，o_ready为低时，保持当前数据D3不变，直到o_ready拉高。

但数据传到slave后，和slave端真正的ready信号（即i_ready）产生错位。

①D2数据时，i_ready为低，因此该D2数据被slave所忽略。

②D3数据持续了三个周期，后两个周期时，i_ready都为高，因此D3数据传输了两次，即图中D3（1）、D3（2）。 

那么这是个功能上的错误，解决的方法就是skid_buffer。核心思想就是在D2时刻，将数据保存到skid buffer的一个内部寄存器中，然后在i_ready拉高后的第一个周期输出，顶替图中D3（1）的周期，这样子可以使数据D2不丢失同时避免了传输两次D3的现象。

moudle skid_buff(

input clk,
input rstn,

//master to skid_buff
input i_valid,
input [63:0] i_data,
output o_ready,

//skid_buff to slave
output o_valid,
output [63:0] o_data,
input i_ready


);



reg[63:0] r_data;
reg r_valid;



always @ (posedge clk or negedge rstn)begin
	if(!rstn)
		r_valid <= 'b0;
	else if (i_valid && (!i_ready))
		r_valid <= 1'b1;
	else if (i_ready)
		r_valid <= 1'b0;
end

always @ (posedge clk or negedge rstn)begin
	if(!rstn)
		r_data <= 'b0;
	else if (i_valid && (!i_ready) && (!r_valid))
		r_data <= i_data; 
end


assign o_data = (r_valid)?r_data:i_data;
assign o_valid = r_valid | i_valid;


endmodule

可以看到在内部我们首先对i_ready进行了一次打拍，然后声明了一个内部的r_data用来暂存数据，并声明了一个r_valid用来只是r_data是否暂存了数据。该模块主要的逻辑如下：

①如果master传输了一个数据(i_valid)，但是slave的i_ready为0，则将数据暂存，防止丢失。同时拉高r_valid，说明内部寄存器已经暂存了一个来自master的数据。

②如果i_ready拉高，那么首先要将r_data的数据输出，这时由于内部寄存器的数据已经输出，那么需要拉低r_valid。

③如果内部寄存器有数据，或者master有数据要发送，那么slave都将收到来自skid buff的valid信号。同时内部寄存器的数据是要永远优先于master的数据发送的。

今天的文章skid buffer分享到此就结束了，感谢您的阅读。