FIFO

FIFO

FIFO（First In First Out）是一种数据缓冲器

异步FIFO

同步FIFO可以看做异步FIFO的一个特例

异步FIFO可以分为

1. 写时钟域地址管理
2. 读时钟域地址管理
3. 读时钟域读地址到写时钟域的格雷码同步
4. 写时钟域写地址到读时钟域的格雷码同步
5. 写时钟域的满和将满信号的产生
6. 读时钟域的空和将空信号的产生

格雷码

避免采样时钟问题

引入格雷码，格雷码相邻地址只有1bit​跳变

格雷码的原理:从右往左，每2位异或

0000​->0000​

0010​​->0011​​

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//以FIFO深度16,格雷码编解码情况核心代码
//编码
always@(posedge clka or posedge reset)
  if(reset)
    b<=4'b00;
  else
    b<=a^(a>>1);
//异步采样
always@(posedge clka or posedge reset)
  if(reset)
    c<=4'b00;
  else
    c<=b;
//解码
always@(posedge clka or posedge reset)
  if(reset)
    d<=4'b00;
  else
    begin
      d[3]=c[3];
      d[2]=c[3]^c[2];
      d[1]=c[2]^c[1];
      d[0]=c[1]^c[0];
    end

注意，先将clka​时钟的地址Gray​编码，然后用b​时钟采样Gray​编码地址并暂存，最后用b​时钟对暂存的Gray​编码地址进行译码。

省略b​时钟采样暂存的Gray​编/解码是没有任何意义的。

格雷码的问题

并不是一定要用格雷码做读写指针，而是当深度为2次幂的时候列好格雷码满足消除亚稳态的需求
在非2次幂深度情况下，格雷码已经不再适用，此时的解决方法通常有

• 若深度为偶数，可采用最接近的2次幂的格雷码编码，在此基础上修改；
• 深度为一般数值时，可自行设计一种逻辑电路，或者查找表，以实现指针每次只跳变一次的功能；
• 以上方法通常在设计层面较为复杂，若无特定需求，可将FIFO深度设置为2次幂，浪费一些存储空间，来化简控制电路的复杂度。

FIFO深度

吞吐量相同满足

(A/B) * f1=(Y/X) * f2

深度计算公式

fifo_depth=data_length-(data_length/f1) * [(Y/X) * f2]

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