異步FIFO的設(shè)計(jì)分析及詳細(xì)代碼

異步FIFO的設(shè)計(jì)分析及詳細(xì)代碼本文首先對(duì)異步FIFO設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行分析，最后給出詳細(xì)代碼。一、FIFO簡(jiǎn)單講解FIFO的本質(zhì)是RAM，先進(jìn)先出

重要參數(shù)：fifo深度（簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是需要存多少個(gè)數(shù)據(jù)）

fifo位寬（每個(gè)數(shù)據(jù)的位寬）FIFO有同步和異步兩種，同步即讀寫(xiě)時(shí)鐘相同，異步即讀寫(xiě)時(shí)鐘不相同同步FIFO用的少，可以作為數(shù)據(jù)緩存異步FIFO可以解決跨時(shí)鐘域的問(wèn)題，在應(yīng)用時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況考慮好fifo深度即可本次要設(shè)計(jì)一個(gè)異步FIFO，深度為8，位寬也是8.代碼是學(xué)習(xí)SimulationandSynthesisTechniquesforAsynchronousFIFODesignCliffordE.Cummings,SunburstDesign,Inc.這篇文章的，百度搜搜很容易找到，雖然是英文的但是寫(xiě)的確實(shí)值得研究。下面我會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行分析，也是對(duì)自己學(xué)習(xí)過(guò)程的一個(gè)總結(jié)，希望能和大家交流共同進(jìn)步。二、設(shè)計(jì)要點(diǎn)解析1、讀空信號(hào)如何產(chǎn)生？寫(xiě)滿信號(hào)如何產(chǎn)生？

讀空信號(hào)：復(fù)位的時(shí)候，讀指針和寫(xiě)指針相等，讀空信號(hào)有效（這里所說(shuō)的指針其實(shí)就是讀地址、寫(xiě)地址）

當(dāng)讀指針趕上寫(xiě)指針的時(shí)候，寫(xiě)指針等于讀指針意味著最后一個(gè)數(shù)據(jù)被讀完，此時(shí)讀空信號(hào)有效寫(xiě)滿信號(hào)：當(dāng)寫(xiě)指針比讀指針多一圈時(shí)，寫(xiě)指針等于讀指針意味著寫(xiě)滿了，此時(shí)寫(xiě)滿信號(hào)有效

我們會(huì)發(fā)現(xiàn)讀空的條件是寫(xiě)指針等于讀指針，寫(xiě)滿的條件也是寫(xiě)指針等于讀指針，到底如何區(qū)分呢？解決方法：將指針的位寬多定義一位

舉個(gè)例子說(shuō)明：假設(shè)要設(shè)計(jì)深度為8的異步FIFO，此時(shí)定義讀寫(xiě)指針只需要3位（2^3=8）就夠用了，

但是我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)將指針的位寬設(shè)計(jì)成4位，最高位的作用就是區(qū)分是讀空還是寫(xiě)滿，具體理論1如下

當(dāng)最高位相同，其余位相同認(rèn)為是讀空

當(dāng)最高位不同，其余位相同認(rèn)為是寫(xiě)滿注意：理論1試用的是二進(jìn)制數(shù)之間的空滿比較判斷。但是這篇文章中確不是這樣比較的，而是用的理論2，這里我解釋一下由于文章在設(shè)計(jì)中判斷是讀指針是否等于寫(xiě)指針的時(shí)候，用的是讀寫(xiě)指針的格雷碼形式（為什么用格雷碼后面解釋），此時(shí)若用上面的理論1就會(huì)出問(wèn)題，因?yàn)楦窭状a是鏡像對(duì)稱的，若只根據(jù)最高位是否相同來(lái)區(qū)分是讀空還是寫(xiě)滿是有問(wèn)題的，詳情我會(huì)慢慢說(shuō)，請(qǐng)看圖1綠色框起來(lái)的是0--15的格雷碼，用紅線將格雷碼分為上下兩部分通過(guò)觀察格雷碼相鄰位每次只有1位發(fā)生變化，且上下兩部分，除了最高位相反，其余位全都關(guān)于紅線鏡像對(duì)稱，

7-->8，格雷碼從0100-->1100,只有最高位發(fā)生變化其余位相同

6-->9,格雷碼從0101-->1101,只有最高位發(fā)生變化其余位相同以此類推，為什么要說(shuō)鏡像對(duì)稱呢？試想如果讀指針指向8，寫(xiě)指針指向7，我們可以知道此時(shí)此刻并不是讀空狀態(tài)也不是寫(xiě)滿狀態(tài)但是如果在此刻套用理論1來(lái)判斷，看會(huì)出現(xiàn)什么情況，我們來(lái)套一下7的格雷碼與8的格雷碼的最高位不同，其余位相同，所以判斷出為寫(xiě)滿。這就出現(xiàn)誤判了，同樣套用在6和9，5和10等也會(huì)出現(xiàn)誤判。因此用格雷碼判斷是否為讀空或?qū)憹M時(shí)應(yīng)使用理論2，看最高位和次高位是否相等，具體如下：

當(dāng)最高位和次高位相同，其余位相同認(rèn)為是讀空

當(dāng)最高位和次高位不同，其余位相同認(rèn)為是寫(xiě)滿補(bǔ)：理論2這個(gè)判斷方法適用于用格雷碼判斷比較空滿在實(shí)際設(shè)計(jì)中如果不想用格雷碼比較，就可以利用格雷碼將讀寫(xiě)地址同步到一個(gè)時(shí)鐘域后再將格雷碼再次轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)再用理論1進(jìn)行比較就好了。。圖12、由于是異步FIFO的設(shè)計(jì)，讀寫(xiě)時(shí)鐘不一樣，在產(chǎn)生讀空信號(hào)和寫(xiě)滿信號(hào)時(shí)，會(huì)涉及到跨時(shí)鐘域的問(wèn)題，如何解決？跨時(shí)鐘域的問(wèn)題：上面我們已經(jīng)提到要通過(guò)比較讀寫(xiě)指針來(lái)判斷產(chǎn)生讀空和寫(xiě)滿信號(hào)

但是讀指針是屬于讀時(shí)鐘域的，寫(xiě)指針是屬于寫(xiě)時(shí)鐘域的，而異步FIFO的讀寫(xiě)時(shí)鐘域不同，是異步的，

要是將讀時(shí)鐘域的讀指針與寫(xiě)時(shí)鐘域的寫(xiě)指針不做任何處理直接比較肯定是錯(cuò)誤的，因此我們需要進(jìn)行同步處理以后仔進(jìn)行比較

解決方法：兩級(jí)寄存器同步+格雷碼同步的過(guò)程有兩個(gè)：

（1）將