FPGA随记-二进制转格雷码

反射二进制码（RBC），也称为反射二进制（RB）或格雷码（Gray code），得名于Frank Gray，是二进制数制的一种排列方式，使得连续两个值之间仅有一个比特（二进制位）不同。格雷码在数字电路中的应用有助于减少误差、提高系统的可靠性，并简化逻辑操作，因此被广泛应用于各种数字系统和电子设备中。

格雷码的最主要特点：各个相邻码之间仅有一位状态不同，首尾也是仅有一位状态不同

在现代数字通信中，格雷码在错误纠正中扮演着重要的角色。例如，在诸如QAM这样的数字调制方案中，数据通常以4位或更多位的符号传输，信号的星座图被安排成相邻星座点传达的位模式仅相差一个比特。通过结合能够纠正单比特错误的前向错误纠正，接收器可以纠正导致星座点偏离到相邻点区域的任何传输错误。这使得传输系统对噪声的影响更小。

格雷码在FIFO中的应用

在FIFO的设计中，在写请求中，写地址在写时钟作用下递增，在产生FIFO满信号时，需要将写地址和读地址进行比较，由于两个地址分别与其各自的时钟同步，但是彼此之间又是异步的关系，所以在使用二进制计数器实现地址的时候，就会出现现取样值错误的问题。如果我们有多个信号线（例如，4位计数器），并且这些信号线的延迟不一致，即skew不同，使用异步时钟采样更容易错误。为了避免这一问题，FIFO计数指针的常见方法是使用格雷码计数器。格雷码每个时钟转换只允许一位改变，从而消除了尝试在同一时钟边缘上同步多个改变信号所带来的问题。

使用格雷码编码地址可以减少在不同时钟域之间发生的时序问题，提高跨时钟FIFO的可靠性和性能。

将格雷码转换为二进制
根据条件递增二进制值
将二进制转换为格雷码
将计数器的最终格雷码保存至寄存器中

Verilog 语言描述二进制码转换为格雷码

module bin_to_gray (bin, gray);

parameter SIZE = 4;

input $SIZE-1:0$ bin;

output $SIZE-1:0$ gray;

assign gray = (bin >> 1) ^ bin; //右移与自己异或

endmodule

Verilog 语言描述格雷码转换为二进制码：

module gray_to_bin (bin, gray);

parameter SIZE = 4;

input $SIZE -- 1:0$ bin;

output $SIZE -- 1:0$ gray;

reg $SIZE -- 1:10$ bin;

integer i;

always @ (gray)

for ( i = 0; i <= SIZE; i = i + 1)

bin $i$ = ^(gray >> i); //右移一位并按位异或

endmodule

所以一般用FIFO的空满指示比较地址的时候会使用到格雷码。