[发明专利]基于异步FIFO的超导单磁通量子跨时钟域通信方法及系统

说明书

本发明提出一种基于异步FIFO的超导单磁通量子跨时钟域通信方法和系统，包括：初始化FIFO，外部写电路向FIFO输入写信号，FIFO根据写信号生成写地址和写标志，并与读地址和读标志进行比较，若读地址和写地址相等，但写标志和读标志相反，等待外部读电路读出数据并生成新的读标志和读地址之后，根据写地址将待写数据写入FIFO；否则根据写地址将待写数据写入FIFO。外部读电路向FIFO输入读信号，并产生读地址和读标志，与写地址和写标志进行比较，如果读地址和写地址相同，读标志和写标志也相同，则执行等待外部写电路写入数据产生一个新的写地址和写标志之后，根据读地址读出数据返回外部读电路，否则根据读地址读出数据返回外部读电路。

技术领域

本发明涉及计算机系统中的超导单磁通量子(RSFQ)微处理器领域，特别涉及超导单磁通量子处理器跨时钟域通信。

背景技术

在进行异步时钟域通信时，由于不同时钟域的时钟频率和相位可能都不相同，所以在进行跨时钟域通信时很可能出现如数据丢失，出现不定态等问题。对于这些问题，半导体领域的一种解决方案是采用异步FIFO，工作方式是源时钟域的电路将数据按顺序写入异步FIFO，目的时钟域的电路将数据按顺序读出去，而异步FIFO的作用有存储数据，判定数据有没有写满，有没有读空，以及在出现不定态时避免出现数据错误。

RSFQ电路领域目前没有可以用于跨时钟域通信的异步FIFO，且由于半导体电路和RSFQ电路的不同，直接将半导体电路中的异步FIFO用RSFQ电路实现后存在一些问题：一是在寄存器数目较少时生成地址，转化成海明码在进行译码这些电路消耗资源太多，二是半导体FIFO为了降低出现亚稳态概率，将地址转化为海明码确保每次生成地址时只有一位地址发生改变以降低出错概率，但是由于RSFQ和半导体电路的区别，这样的设计在RSFQ电路中并没有用。

即因为地址改变时电路中信号会发生变化，而异步FIFO需要跨时钟域，跨时钟域通信时要使变化的信号数量越少越好，越少越容易减少不定态产生的概率。在半导体电路中用独热编码每次地址变化会有两根信号线电平翻转，而采用海明码只会有一根信号线电平翻转，并且相同根数的信号线，海明码可以表示的地址范围要更大，所以半导体都采用海明码。而rsfq电路中的信号不是电平信号而是脉冲信号。通过两个时钟之间有无脉冲表示1和0,两个时钟之间有脉冲为1，无脉冲为0。因此在跨时钟域通信中，rsfq电路追求的是脉冲数量少，脉冲数量越少越不容易出错，所以采用只有一个1的onehot编码。故半导体领域的异步FIFO也无法直接应用在RSFQ领域。

因此需要可在RSFQ电路环境下使用的异步FIFO，以匹配不同时钟域的时钟频率和相位。

发明内容

本发明的目的是解决RSFQ电路跨时钟域通信的问题，提出了一种适用于RSFQ电路的异步FIFO。

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于异步FIFO的超导单磁通量子跨时钟域通信方法，其中包括：

步骤1、初始化FIFO，外部写电路向FIFO输入写信号，FIFO根据该写信号生成写地址和写标志，并与读地址和读标志进行比较，若读地址和写地址相等，但写标志和读标志相反，执行步骤2；否则根据该写地址将待写数据写入FIFO；

步骤2、此时FIFO已写满，等待外部读电路读出数据并生成新的读标志和读地址之后，根据该写地址将待写数据写入FIFO；

步骤3、外部读电路向FIFO输入读信号，并产生读地址和读标志，与该写地址和该写标志进行比较，如果读地址和写地址相同，读标志和写标志也相同，则执行步骤4，否则根据该读地址读出数据返回该外部读电路；

步骤4、此时FIFO已读空，等待该外部写电路写入数据产生一个新的写地址和写标志之后，根据该读地址读出数据返回该外部读电路。

2.如权利要求1所述的基于异步FIFO的超导单磁通量子跨时钟域通信方法，其中该FIFO包括寄存器堆、读控制电路、写控制电路；