异步FIFO（一）

​一、FIFO简单讲解

FIFO是英文First In First Out 的缩写&＃xff0c;是一种先进先出的数据缓存器&＃xff0c;可分为同步FIFO和异步FIFO&＃xff0c;同步FIFO是指读时钟和写时钟为同一个时钟&＃xff0c;在时钟沿来临时同时发生读写操作&＃xff0c;常常用于交互数据缓冲。异步FIFO是指读写时钟不一致&＃xff0c;读写时钟是互相独立的&＃xff0c;异步FIFO常用于跨时钟域交互。

重要参数

• FIFO的深度&＃xff1a;通俗地说&＃xff0c;就是异步FIFO可以存多少个数据的意思&＃xff01;

• FIFO的宽度&＃xff1a;上面说FIFO的深度是表示能存放多少数据的概念&＃xff0c;那宽度便是每个数据有多少位&＃xff0c;也就是我们通常所说的数据有多宽&＃xff01;

• FIFO空&＃xff1a;表示FIFO里面数据被读完了&＃xff1b;

• FIFO满&＃xff1a;表示FIFO里面填满了数据&＃xff1b;

• FIFO写指针&＃xff1a;总是指向下一个将要被写入的单元&＃xff0c;复位时&＃xff0c;指向第1个单元(编号为0)&＃xff1b;

• FIFO读指针&＃xff1a;总是指向当前要被读出的数据&＃xff0c;复位时&＃xff0c;指向第1个单元(编号为0)&＃xff1b;

• FIFO读时钟&＃xff1a;表示读取数据使用的时钟&＃xff0c;一般设计时钟的上升沿为有效沿&＃xff0c;有效沿读取数据&＃xff1b;

• FIFO写时钟&＃xff1a;表示写入数据时使用的时钟&＃xff0c;一般上升沿为有效沿&＃xff0c;当然也可以设计下降沿为有效沿。

  &＃xff08;同步FIFO的读写时钟一致&＃xff09;

先从简单的同步FIFO讲起&＃xff0c;以和异步FIFO的设计做比较。

同步FIFO的设计根据空满信号判断的方式主要分为两种&＃xff1a;

一&＃xff1a;利用计数器来判断空满。

二&＃xff1a;将FIFO的地址位拓展一位&＃xff0c;用最高位来判断空满。

一&＃xff1a;利用计数器来判断空满

空满检测逻辑&＃xff1a;

为产生FIFO空满标志&＃xff0c;引入FIFO Counter计数器&＃xff0c;FIFO Counter寄数器用于指示FIFO内部存储数据个数&＃xff1b;

  1&＃xff09;当只有写操作时&＃xff0c;FIFO Counter加1&＃xff1b;只有读操作时&＃xff0c;FIFO Counter减1&＃xff1b;其他情况下&＃xff0c;FIFO Counter不变&＃xff1b;

  2&＃xff09;当FIFO Counter&＃61;0时&＃xff0c;说明FIFO为空&＃xff0c;fifo_empty置位&＃xff1b;

  3&＃xff09;当FIFO Counter&＃61;FIFO_DEPTH时&＃xff0c;说明FIFO已满&＃xff0c;fifo_full置位&＃xff1b;

读写控制逻辑

 在clk上升沿时&＃xff0c;读使能且FIFO非空&＃xff08;empty&＃61;0&＃xff09;时&＃xff0c;进行一次读操作&＃xff0c;rp加1&＃xff08;即顺序读出&＃xff09;&＃xff0c;将读指针rp对应地址处的数据读出至dout&＃xff1b;

 在clk上升沿时&＃xff0c;写使能且FIFO不满&＃xff08;full&＃61;0&＃xff09;时&＃xff0c;进行一次写操作&＃xff0c;wp加1&＃xff08;即顺序存储&＃xff09;&＃xff1b;将din写入写指针wp对应地址处&＃xff1b;

设计代码如下&＃xff1a;

二&＃xff1a;将FIFO的地址位拓展一位&＃xff0c;用最高位来判断空满。

空满检测逻辑&＃xff1a;

空&＃xff1a;扩展位相同&＃xff0c;有效地址位也相同。

满&＃xff1a;扩展位不同&＃xff0c;有效地址为不同。

如何理解&＃xff1f;

当读写指针相等时&＃xff0c;表明FIFO为空&＃xff0c;这种情况发生在复位操作时&＃xff0c;或者当读指针读出FIFO中最后一个字后&＃xff0c;追赶上了写指针。

当读写指针再次相等时&＃xff0c;表明FIFO为满&＃xff0c;这种情况发生在&＃xff0c;当写指针转了一圈&＃xff0c;折回来(wrapped around)又追上了读指针。

需要注意的是&＃xff1a;在系统正确工作的前提下&＃xff0c;读地址不可能超前于写地址。

为了区分到底是满状态还是空状态&＃xff0c;需要&＃xff1a;在地址指针中添加一个额外的位。

--如果两个指针的MSB不同&＃xff0c;说明写指针比读指针多折回了一次&＃xff1b;如r_addr&＃61;000,而w_addr &＃61; 100,FIFO为满。

--如果两个指针的MSB相同&＃xff0c;则说明两个指针折回的次数相等。其余位相等&＃xff0c;说明FIFO为空&＃xff1b;

给出图以供理解&＃xff1a;假设FIFO深度为4&＃xff0c;有效地址为2位。

设计代码如下&＃xff1a;

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