Un sistema di gestione dati per il monitoraggio di depositi di scorie radioattive: front-end, storage e rete

Un segnale trasferito tra circuiti appartenenti a domini temporali differenti rende necessaria la sincronizzazione al nuovo dominio temporale, prima di essere utilizzato con successo.
Per minimizzare i fallimenti dovuti alla metastabilità, nel trasferimento di segnali asincroni, è pratica comune utilizzare una sequenza di registri al fine di risincronizzare il segnale in input al dominio temporale di destinazione. Tali registri permettono un tempo addizionale, ad un eventuale segnale metastabile, per raggiungere uno stato logico definito, prima di essere utilizzato nel resto del percorso circuitale.
Un synchronization register chain (o synchronizer) è definito come una sequenza di registri che possiedono i seguenti requisiti:
- i registri della catena sono tutti comandati dallo stesso clock o da clock in fase tra loro;
- il primo registro della catena è comandato da un altro clock non correlato, o da un input asincrono;
- ogni registro pilota solamente un altro registro, eccetto l’ultimo della catena.

Il sistema progettato comprende tre differenti domini temporali, ciascuno dei quali racchiude la logica combinatoria necessaria alla registrazione dei dati in ingresso, che su richiesta saranno impacchettati e trasferiti all’esterno. Possiamo definire tali domini come segue:

Dominio esterno: comprende la logica dei contatori che sono direttamente connessi ai segnali da registrare. Il sistema deve essere in grado di registrare sia eventi periodici che aperiodici, ciò impone una capacità di campionamento adeguata alla frequenza
Il primo registro è un contatore assoluto che incrementa il proprio valore di una unità per ogni segnale di input esterno.
Il secondo è un registro su cui viene riversato il contenuto del contatore precedente, nel momento in cui viene richiesto il dato attuale registrato. Questo passaggio permette ai due registri di poter lavorare indipendentemente poichè il secondo registro appartiene ad un dominio temporale differente, concorde alla richiesta dati che può essere periodica o aperiodica.
Il terzo registro conserva il penultimo dato registrato sul contatore: la differenza tra i valori contenuti nel secondo e terzo registro fornirà in uscita il numero di conteggi tra la richiesta dati attuale e quella precedente.

Dominio del Timestamp: il funzionamento è analogo a quello del contatore ma con un passaggio in più. Il registro in ingresso viene incrementato di una unità per ogni evento di clock, che questa volta è di frequenza costante e definita (pari a 1 kHz).
Ogni 1000 eventi di clock, dunque ogni secondo, verrà generato un segnale di enable per il registro successivo, che incrementerà il conteggio di una unità.
Nell’istante in cui verrà richiesto il dato attuale, la logica rimanente fornirà in uscita sia il timestamp assoluto che la differenza di tempo, tra la richiesta attuale e quella precedente, entrambi espressi in secondi.