基于fpga的异步fifo设计毕业论文

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1、基于FPGA的异步FIFO设计毕业论文目录第一章绪论11.1FPGA简介11.2异步FIFO简介11.3国内外研究现状及存在的问题11.3.1研究现状11.3.2存在问题21.4本课题主要研究内容3第二章异步FIFO设计要求及基本原理42.1设计要求42.2异步FIFO基本原理52.3异步FIFO设计难点52.4系统设计方案62.5异步FIFO验证方案72.5.1验证复位功能72.5.2验证写操作功能72.5.3验证读操作功能72.5.4验证异步FIFO电路整体功能7第三章模块设计与实现83.1格雷码计数器模块

2、83.2同步模块83.3格雷码∕自然码转换模块93.4空满标志产生模块10III3.5双端口RAM13第四章时序仿真与实现154.1模块整合154.2时序仿真及功能测试174.2.1复位功能软件仿真与测试174.2.2写操作功能时序仿真与测试174.2.3读操作功能时序仿真与测试184.2.4异步FIFO电路整体功能软件仿真与测试184.2.5时序仿真结果总结19第五章硬件仿真与实现205.1外部电路焊接205.2引脚分配215.3调试电路设计245.3.1调试电路介绍245.3.2异步时钟产生模块255.3.

3、3伪随机数据队列产生模块255.3.5调试电路引脚分配265.3.6调试电路硬件仿真275.4异步FIFO电路硬件仿真285.4.1复位功能硬件仿真与测试295.4.2写操作功能硬件仿真与测试305.4.3读操作功能硬件仿真与测试305.4.4异步FIFO硬件电路整体功能软硬件仿真与测试315.4.5硬件仿真结果总结32结论33致谢34参考文献35附录36IIIIII第一章绪论1.1FPGA简介FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是在CPLD、PAL、GAL

4、等可编程器件的基础上进一步发展的产物[10]。利用VHDL或Verilog硬件描述语言进行电路设计，经过简单的布局整合之后，快速的烧入至FPGA上进行调试，是现代IC设计验证技术的主流。FPGA作为一种半定制电路而出现在专用集成电路（ASIC）领域中，既克服了先前可编程器件的门电路数目有限的缺点，又弥补了定制电路的不足。基于FPGA的异步FIFO具有现场可编程，容量改动性大，速度快，实现简单，开发时间快，生产周期短，可移植性好的优点。1.2异步FIFO简介在现代集成电路芯片中，设计规模不断扩大，一个系统中往往包

5、含多个时钟。如何在异步时钟间进行数据传输成为了电路设计中的一个重要问题。异步FIFO（FirstInFirstOut）是解决这个问题的一个简单有效的方案。异步FIFO是一种先进先出电路，常用来缓存数据和容纳异步信号间的周期和相位差异，使用异步FIFO可以在两个不同的时钟系统之间进行快速准确的实时数据传输。异步FIFO在网络接口、数据采集和图像处理等方面得到了十分广泛的应用[2]。异步FIFO用在异步时钟数据接口部分，由于异步时钟间的频率和相位完全独立，数据传输时的丢失率不为零，如何降低数据丢失率，设计一个高速可

6、靠的异步FIFO便成为了一个难点。本课题介绍了一种基于FPGA设计高速可靠的异步FIFO电路的方法。1.3国内外研究现状及存在的问题1.3.1研究现状41在20世纪80年代早期对FIFO存储器的容量和速度需求都很低，所以那时的FIFO芯片是基于移位寄存器的中规模集成（MSI）器件，由于这种芯片在容量不会太大，所以其速度也不可能很快。新型的FIFO芯片是基于RAM结构的大规模集成（LSI）电路，其内部存储单元使用一个双端口RAM，具有输入和输出两套数据线。由于采用RAM结构，数据从写入到读出的延迟时间将大大缩短。

7、这种芯片能在存储宽度和深度上得到很大的发展。目前，为了更大的提高芯片容量，其内部存储单元使用动态RAM代替静态RAM，并在芯片内部集成刷新电路，通过内部仲裁单元控制器件的读写及自动刷新操作。随着微电子技术的飞速发展，新一代的FIFO芯片容量越来越大，速度越来越快，体积也越来越小。美国IDT公司已经推出运行速度高达225MHz，电压低至2.5V，可在业内各种配置下实现业内最大数据流量高达9Mb的FIFO系列。CypressSemiconductor公司推出具有80位宽的BEAST型的高性能FIFO存储器，它的带宽

8、高达300bps，可以工作在200MHz频率下；Honeywell公司推出了一种基于SOI的FIFO存储器，它采用专门的抗辐射加固工艺和设计版图，主要用于军事系统和高辐射的空间环境中；FIFO芯片的最新产品是IDT公司推出的多队列FIFO存储器系列，它使用集成的嵌入式FIFO存储器核和高速队列逻辑来构成块结构。它的数据读写速度可达到200MHz，存储时间也只有3.6ns，可以通过最多八