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Nov 30, 2023 02:46 PM
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属性 1
描述
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1.设计思想：
1.同步FIFO的写时钟和读时钟为同一个时钟，FIFO内部所有逻辑都是同步逻辑，常常用于交互数据缓冲。
2.典型同步FIFO有三部分组成：（1）FIFO写控制逻辑；（2）FIFO读控制逻辑；（3）FIFO存储实体（如Memory、Reg）。
3.FIFO写控制逻辑主要功能：产生FIFO写地址、写有效信号，同时产生FIFO写满、写错等状态信号；
4.FIFO读控制逻辑主要功能：产生FIFO读地址、读有效信号，同时产生FIFO读空、读错等状态信号。
2.基本概念
- 同步FIFO的“同步”是什么意思？
- FIFO是什么，有什么用？
- 接口都有什么
- 同步：时钟间有确定的倍数关系或确定的相位关系
- FIFO：Frist-in-first-out，先进先出，是一种数据缓存器，实现速率匹配。
- 既然是数据缓冲器，那么缓冲器的大小，存储深度，读写地址和存储器空满状态都需要确定。
一般FIFO使用循环指针(计数溢出自动归零)。一般可以称写指针为头head，读指针为尾tail。初始化时，读写指针指向同一数据地址。
·FIFO：先进先出（First-in-first-out）
·FIFO的深度：同一块数据内存的犬小
·FIFO的宽度
·写指针：Write-pointer
·读指针：Read-pointer
·写数据端口
·读数据端口
·FIFO空、FIFO满
·同步：数据写入FIFO的时钟和数据读出FIFO的时钟是同步的（synchronous）
·异步：数据写入FIFO的时钟和数据读出FIFO的时钟是异步的（asynchronous）
一般FIFO使用循环指针（计数溢出自动归零）。一般可以称写指针为头head，读指针为尾tail。
初始化时，读写指针指向同一数据地址。
下图可见，FIFO初始化时，WP和RP指针指向同一数据单元。
WP指向下一个将要写入的数据单元，RP指向将要读出的数据单元。
初始化时，WP和RP指针指向同一数据单元。WP指向下一个将要写入的数据单元，RP指向将要读出的数据单元，两者是一个追赶过程。可以设置一个计数器，
只写，来一个数据，写一个，写地址,+1，计数器+1，写满为止；
只读，来一个，读出一个数据，读地址+1，计数器-1；
同时读写，计数器值不变，读写地址均+1。+
使用fifo_counter记录FIFORAM中的数据个数：
1.等于0时，给出empty信号
2.等于BUF_LENGTH时，给出full信号
fifo_counter:
1.写而未满时增加1
2.读而未空时减1
3.同时发生读写操作时，fifo_counter不变
读写指针宽度
1.与地址宽度相当
2.地址增加而溢出后，自动变成0
3.循环指针（此处地址变化：0-7-0-7-0）
3.SPEC
（1） Function description
同步FIFO实现了对write/read的控制，其接口解决了接口两端数据速率不匹配的问题。
（2） Feature list
支持存储宽度、深度可配置
时钟工作频率为1MHz
（3） Block diagram
模块主要分为读/写接口、读/写指针、读写指针的比较逻辑和array存储阵列四部分。
- 读/写接口：为模块提供读写数据和读写使能信号；
- 读写指针：主要标志读写指针当前array的地址
- 比较逻辑：
- 使用element counter（elem_cnt）记录FIFO RAM 中的数据个数:▷ 等于0时，给出empty信号；等于BUF_LENGTH时，给出full信号
- elem _ cnt :
- ▷ 写而未满时增加1
- ▷ 读而未空时减1
- ▷ 同时发生读写操作时，elem_cnt不变
(4) Interface description
（5） Timing
分为三部分，写操作，读操作，读写操作。
DUT代码1：
TB1:
RTL1
TB2：
5.波形分析
写阶段
- 复位之后，进行写操作，直至写满，产生满标志后，不再写入新数据。
- 读阶段
- 进行读操作，直至读空，产生空标志后，不再读出新数据。
- 同时读写阶段
- 先进行写操作，写入三个新数据之后，同时进行读写操作，期间写入新数据和读出数据，但是elem_cnt计数器不再变化，动态平衡。
（2）小结
设计思路：
先分析需求，定义接口，画出具体的实现框图；
按照协议和理解，画出相应时序图；
看图写程序，验证仿真波形是否与时序图对应。
同步FIFO设计要点
是什么时候产生空满标志位，即怎么衡量array被写满或者被读空。
在这里，我使用了4bit的elem_cnt表示，通过elem_cnt的值表示当前array存储阵列的资源使用情况。
0表示没有数据，即空状态；8表示写满，因为array的存储深度就是8。
在spec中提到实现FIFO可配置，在这里只实现了宽度为32bit，深度为8的同步fifo设计，初步验证仿真波形与时序图相对应。
参考资料
- 作者:Conor
- 链接:https://www.xzhh.top/article/fifo
- 声明:本文采用 CC BY-NC-SA 4.0 许可协议，转载请注明出处。