FIFO的使用介紹

FIFO的使用非常廣泛，一般用于不同時鐘域之間的數(shù)據(jù)傳輸，或者用于不同數(shù)據(jù)寬度之間的數(shù)據(jù)匹配。在實(shí)際的工程應(yīng)用，可以根據(jù)需要自己寫FIFO。不考慮資源的情況下，也可以使用Xilinx提供的IP核來完成。

接口類型選擇Native，SOC芯片上也可以根據(jù)需要選擇AXI接口。

選擇存儲器類型：可以用塊RAM、分布式RAM，移位寄存器和內(nèi)嵌FIFO來實(shí)現(xiàn)FIFO。這里主要是block RAM和distribute RAM之間的區(qū)別。簡而言之，block RAM是FPGA中定制的ram資源，而distribute RAM則是由LUT構(gòu)成的RAM資源。由此區(qū)別表明，當(dāng)FIFO較大時應(yīng)選擇block RAM，當(dāng)FIFO較小時，選擇distribute RAM.另外一個很重要的就是block RAM支持讀寫不同寬度，而distribute不支持。在這里為了更全面的了解FIFO，選擇block RAM以擁有非對稱方向速率的特性，內(nèi)嵌FIFO（Builtin FIFO）在5以上的FPGA芯片中才存在。

時鐘：讀寫操作是否在相同的時鐘域中完成。如果是，可以選擇Common clock，否則，選擇Independent clcoks。

讀模式有兩種選擇，一般選擇標(biāo)準(zhǔn)模式，F(xiàn)irst-Word Fall-Fhrough模式為首字預(yù)現(xiàn)，F(xiàn)WFT是指在不影響FIFO讀操作的情況下，提前查看下一個數(shù)據(jù)的能力。即FIFO中不為空，有可用的數(shù)據(jù)時，F(xiàn)IFO中的第一個數(shù)據(jù)自動出現(xiàn)在輸出總線DOUT上。

Synchronization Stage:穿過交叉時鐘域的同步狀態(tài)（寄存器）數(shù)量，默認(rèn)即可。

data port parameters處，有actual write depth和actual read depth,他們都比我們設(shè)置的要小，在實(shí)際的工程應(yīng)用中，F(xiàn)IFO深度確實(shí)要比預(yù)設(shè)的小1，即當(dāng)寫入了Write Width-1個數(shù)據(jù)之后，F(xiàn)IFO的滿信號full會拉高，這個時候如果還要寫入數(shù)據(jù)，則寫入的數(shù)據(jù)丟失。同理，讀出Read Width-1個數(shù)據(jù)后，F(xiàn)IFO的空信號empty會拉高，此時讀出信號無效。如下：

該FIFO數(shù)據(jù)深度為16，從aabb0002到aabb0011共寫入16個數(shù)據(jù)，當(dāng)寫入到第15個時，F(xiàn)ULL信號拉高，數(shù)據(jù)不能被有效的寫入，從讀狀態(tài)可以看出。當(dāng)讀寫數(shù)據(jù)位寬不匹配時，寫入的位寬大于讀出的數(shù)據(jù)位寬，則先從高位開始讀；當(dāng)寫入的數(shù)據(jù)位寬小于讀出時，先寫入的數(shù)據(jù)在讀數(shù)據(jù)的高位，如下：

關(guān)于FIFO復(fù)位，Xilinx FIFO默認(rèn)為高電平復(fù)位，在Initialization 中可以設(shè)置復(fù)位信號到來之后，full、almost full、prog full等信號的復(fù)位值為0，或者為1?？梢栽O(shè)置讀寫同步復(fù)位，或者異步復(fù)位。fifo的復(fù)位需要一段時間，期間wr_rst_busy和rd_rst_busy信號為高電平，此時應(yīng)禁止讀寫FIFO，否則會造成數(shù)據(jù)丟失。

關(guān)于讀寫計(jì)數(shù)，讀計(jì)數(shù)是和讀時鐘同步的，寫計(jì)數(shù)是和寫時鐘同步的。讀計(jì)數(shù)是以讀數(shù)據(jù)寬度為單位，fifo中存在的數(shù)據(jù)個數(shù)；寫計(jì)數(shù)是以寫數(shù)據(jù)寬度為單位，fifo中存在的數(shù)據(jù)個數(shù)，這兩個值的結(jié)果，簡單理解就是fifo內(nèi)部控制器讀寫地址的差，由于fifo讀寫時鐘可能異步，讀寫時鐘頻率不同，導(dǎo)致計(jì)算讀寫計(jì)數(shù)值時存在延遲，并不完全和讀寫操作同步。

讀寫計(jì)數(shù)仿真結(jié)果如下：

關(guān)于讀寫使能，寫使能wr_en為高時，數(shù)據(jù)立即被寫入到fifo中，讀使能為高時，下一個時鐘周期，有效數(shù)據(jù)才會出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線dout上。

一段簡單的仿真如下：

`timescale 1ns / 1ps

module tb_fifo_16x256(

);

reg rst;

reg wr_clk;

reg rd_clk;

reg [31:0] din;

reg wr_en;

reg rd_en;

wire [15:0] dout;

wire full;

wire empty;

wire valid;

wire almost_full;

wire almost_empty;

wire [4:0] rd_data_count;

wire [3:0] wr_data_count;

wire wr_rst_busy;

wire rd_rst_busy;

always #10 wr_clk <= ~wr_clk;

always #5 rd_clk <= ~rd_clk;

initial begin

rst <= 1;

wr_clk <= 0;

rd_clk <= 1;

din <= 32'haabb0001 ;

wr_en <= 0;

rd_en <= 0;

#20;

rst <= 0;

#300;

//======================================================empty

repeat(16) @(posedge wr_clk)

begin

din <= din + 1;

wr_en <= 1;

end

repeat(1) @(posedge wr_clk) wr_en <= 0;? ?

repeat(32) @(posedge rd_clk)

begin

rd_en <= 1;? ? ??

end

repeat(1) @(posedge rd_clk) rd_en <= 0;

//=======================================================full

repeat(16) @(posedge wr_clk)

begin

din <= din + 1;

wr_en <= 1;

end

repeat(1) @(posedge wr_clk) wr_en <= 0;? ??

end

initial begin

#900;

repeat(32) @(posedge rd_clk)

begin

rd_en <= 1;? ? ??

end

repeat(1) @(posedge rd_clk) rd_en <= 0;

end

fifo_16x256 fifo_16x256_inst (

.rst(rst), // input wire rst

.wr_clk(wr_clk), // input wire wr_clk

.rd_clk(rd_clk), // input wire rd_clk

.din(din), // input wire [31 : 0] din

.wr_en(wr_en), // input wire wr_en

.rd_en(rd_en), // input wire rd_en

.dout(dout), // output wire [15 : 0] dout

.full(full), // output wire full

.almost_full(almost_full), // output wire almost_full

.empty(empty), // output wire empty

.almost_empty(almost_empty), // output wire almost_empty

.valid(valid), // output wire valid

.rd_data_count(rd_data_count), // output wire [8 : 0] rd_data_count

.wr_data_count(wr_data_count), // output wire [7 : 0] wr_data_count

.wr_rst_busy(wr_rst_busy), // output wire wr_rst_busy

.rd_rst_busy(rd_rst_busy) // output wire rd_rst_busy

);

endmodule