講解幾點關(guān)于FIFO IP核使用時的注意事項

前言

FIFO？還是FIFO IP核？這也需要寫總結(jié)嗎？太容易了吧。如果我是一個正在處于面試找工作中的年輕人，肯定關(guān)注的是如何手撕FIFO，這也是當時校招時候干過的事情。但是作為一個FPGA工程師，我們更常使用的是FIFO的IP核，或者必然使用的是FIFO IP核，簡單快捷優(yōu)化。使用FIFO IP核的時候，或者設(shè)計電路使用FIFO IP的時候，對于新手或者不是精通的情況下，個人建議一點是對自己定制的FIFO仿真一下（或者嚴格遵守數(shù)據(jù)手冊），做到時序關(guān)系清晰后，再設(shè)計電路。注意：不要不屑于此！

下面講解幾點關(guān)于FIFO IP核使用時的注意事項，想到哪里到哪里!

位寬轉(zhuǎn)換

分布式ram資源的FIFO不能變換位寬

Block RAM資源可以變化位寬

Builtin FIFO資源不能變化位寬

FIFO 安全電路

FIFO定制頁面存在一個Enable Safety Circuit，如下：

選擇此選項，存在兩個額外輸出信號：

如果不選擇Enable Safety Circuit，則不存在這兩個信號輸出：

此選項僅僅針對基于Bram資源的FIFO定制，如果使用分布式RAM資源，則不可選擇：

同理Builtin FIFO資源的FIFO也不可選擇。

假如使用的是此Block RAM資源的FIFO，選擇此信號，有什么作用呢？多出來的兩個信號是什么意思？有什么用途？筆者曾在仿真中犯過一個錯誤，就是在復(fù)位后的幾個時鐘直接給寫使能，可是怎么寫也寫不進去數(shù)據(jù)，后來發(fā)現(xiàn)是wr_rst_busy處于高電平狀態(tài)，自然是不能寫的。所以判斷寫使能有效，可以將此信號作為判斷條件之一，如果該信號為高，則不能寫入。

這就引發(fā)一個疑問？既然存在這樣一個問題，那么多久之后才能對FIFO寫入數(shù)據(jù)呢？那就要看復(fù)位無效之后多久這個信號才能被拉低，且仿真看看：

可見，大概20多個時鐘周期之后，這個信號就拉低無效了。這樣會不會對我們使用FIFO有影響呢？可以想象下20多個時鐘才多長時間，周期ns級別，況且寫使能可以以此信號作為寫使能有效條件，因此可以很容易規(guī)避這個問題，這里列出來的原因就是為了仿真時候，如果遇到了寫不進去的情況時，考慮下這個問題，以免莫名其妙，百思不得其解。

Xilinx對安全電路的使用還有一條建議，就是選擇異步復(fù)位時，有可能導(dǎo)致BRAM數(shù)據(jù)的損壞，此時推薦使用安全電路。

對于異步FIFO而言，好像也只能使用異步復(fù)位，這就更有必要性了。

FIFO消耗資源

定制FIFO消耗資源與使用什么資源生成FIFO有關(guān)，對于Block RAM資源的FIFO使用的自然是Block RAM資源，7系列的用于生成FIFO的Block RAM資源大小有兩種，18Kbit以及36Kbit兩種，一般默認bit，可以說是18K以及36K。

FIFO位寬乘深度小于18K，自然是使用了一個18K的Bram，如下：

使用Block RAM資源：

大于18K的自然是一個36KBlock RAM：

使用BRAM資源：

大于36K，情況多變，是18K以及36K的組合：

輸出延遲

Read Latency為1的含義

使用分布式RAM資源以及Block RAM資源的FIFO可以選擇輸出寄存器打拍一次，這樣自然Read Latency為2，使用Builtin FIFO資源無法選擇輸出寄存器打拍。

假如都不寄存器輸出，即輸出不寄存一拍，那么這里的Read Latency = 1具體是什么含義呢？我想時序圖最能說明一切：

實際仿真看一下：FIFO IP生成總結(jié)：

因此如果需要使用rd_data數(shù)據(jù)的話，需要對讀使能延遲一拍，判斷rd_en_r1有效時使用讀數(shù)據(jù)的實際值：

Read Latency為2的含義

知道了Read Latency為1的含義，為2的情況自然很容易理解，在添加了寄存器輸出的時候，就會使得Read Latency為2，如下：

同樣仿真實現(xiàn)下：

FIFO 讀寫計數(shù)器的含義

在FIFO定制頁面有如下選擇：Write Data Count，Read Data Count這兩個選擇，是什么意思呢？

那我們寫進去一個數(shù)據(jù)，看看兩者數(shù)據(jù)的變化：

寫計數(shù)器

從寫計數(shù)有效開始，延遲一個時鐘，計數(shù)器值更新為1，意思就是寫入了一個數(shù)據(jù)；注意：我們在實際使用FIFO輸出參數(shù)之前，一定要仿真看下時序關(guān)系，以防用錯。

我們嘗試寫入兩個數(shù)據(jù)，來驗證下這種關(guān)系：

關(guān)系一致。

讀計數(shù)器

讀計數(shù)器的含義是FIFO內(nèi)部存放了多少數(shù)據(jù)？但這個數(shù)據(jù)的更新需要一定的時間，例如：

數(shù)據(jù)的更新需要至少4個讀時鐘周期，因此，這個數(shù)據(jù)我們不能寫入之后立即使用；這個延遲是異步FIFO內(nèi)部跨時鐘域的結(jié)果。

注意：使用FIFO IP核內(nèi)部輸出信號的時候，保險起見，需要自己仿真下，認識下時序關(guān)系后再設(shè)計電路。

例如寫入了兩個數(shù)據(jù)，之后又讀出了一個，那這個值最終一定是1；

仿真驗證了這個結(jié)果。

上面說了這些情況，其實都在數(shù)據(jù)手冊中有體現(xiàn)，但是對于一個FIFO，大家都傾向于直接使用，不屑于看數(shù)據(jù)手冊，不得不說，這都是年輕氣盛的表現(xiàn)，或者天賦異稟。

因此，對于這種情況，我們有兩個選擇：一是看數(shù)據(jù)手冊；二是自己仿真自己定制的IP核，看清時序后設(shè)計電路。