重读《异步fifo结构》

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1、重读《异步FIFO结构》[CPLD/FPGA]发布时间：2009-06-1815:09:18项目中多处需要用到FIFO，傻瓜式的调用Altera的库即可完成设计。为了深入了解FIFO的结构，上网找了些资料。异步FIFO只能自己写。一、关于同步FIFO1、在前面的日志里贴出了一个从网上找的同步FIFO的原代码，本人进行了稍微修改，原始的文章为：http://space.ednchina.com/Upload/2009/6/18/30d4e845-8448-42fc-bd8d-ce6543759ac5.rar，文章名字叫“同步FIFO原理

2、剖析”。根据其介绍的同步FIFO原理修改的代码以及测试激励：http://space.ednchina.com/Upload/2009/6/18/575687b3-0cbf-4e1b-b3be-12766daa84f7.rar。2、今天有时间重新拜读了异步FIFO结构（翻译），文章中讲述异步FIFO之前先讲述了同步(单时钟)FIFO。原理虽然和上述的同步FIFO一致,但是有些论述特别是对于"空"和"满"的判断个人觉得讲的非常精辟。特摘录一些重点:1)、写指针指向下一个将要写入的位置；读指针指向下一个将要读取的位置。2）、"空"和"满"

3、写指针和读指针是相等的。但是"满"或者"空"的决定并不仅仅基于指针的值,而是基于引起指针值相等的操作。如果指针相等的原因是复位或者读操作，FIFO认为是空；如果原因是写操作，那么FIFO认为是满。3）、一般情况下(指非临界状况下)读操作和写操作同时都在使其指针增加,但是不改变空标志和满标志的状态。在空或满的临界状态同时读操作和写操作都是不允许的。由以上几点得出"空"和"满"标志状态变化的条件(未包含复位条件)：写操作无条件的清除空标志；write_pointer=(read_pointer+1)，读操作置"空"；读操作无条件的清除满标

4、志；read_pointer=(write_pointer+1)，写操作置"满"(包括read_pointer=0，而write_pointer=depth-1的情况，这里与"同步FIFO原理剖析"中稍有不同)。将以上空满判断条件稍加改动：a、临界状态下如果同时有读和写操作，如果FIFO空，那么只允许写，如果满则只允许读；b、对于空和满置位操作，文章中论述的基础是FIFO的深度-depth为2的幂，将深度改为可参数化的任意整数的时候，需要对读和写到depth-1的位置进行判决。根据以上改动将文章中提供的FIFO原代码修改如下（文章中提

5、供的原代码本身就有问题）：http://space.ednchina.com/Upload/2009/6/19/266ec7ec-7779-4780-a9ba-8db4b4e46450.rar；FIFO的测试激励：http://space.ednchina.com/Upload/2009/6/19/17819c8c-72d0-4130-a0db-ca01fe42e8b0.rar。以下是ModelSim的仿真波形，包含了“写满”，以及“读空”：另外，FIFO的almost_empty,almost_full以及usedw（有效字）信号可

6、以参考我修改的《同步fifo原理剖析》源码。最后在板子上跑的结果如下：附上QII工程：http://space.ednchina.com/Upload/2009/6/19/3cd341ed-f5c8-4e41-998d-e064122a7544.rar。二、关于异步FIFO异步FIFO的接口信号包括异步的写时钟（wr_clk）和读时钟（rd_clk）、与写时钟同步的写有效（wren）和写数据（wr_data）、与读时钟同步的读有效（rden）和读数据（rd_data）。为了实现正确的读写和避免FIFO的上溢或下溢，通常还应该给出与读时

7、钟和写时钟同步的FIFO的空标志（empty）和满标志（full）以禁止读写操作。下面给出异步FIFO的功能模块图：由上图可以看出，写地址产生模块根据写时钟和写有效信号产生递增的写地址，读地址产生模块根据读时钟和读有效信号产生递增的读地址。FIFO的操作如下：在写时钟wr_clk的上升沿，当wren有效时，将wr_data写入双口RAM中写地址对应的位置中；始终将读地址对应的双口RAM中的数据输出到读数据总线上。这样就实现了先进先出的功能。写地址产生模块还根据读地址和写地址关系产生FIFO的满标志。当wren有效时，若写地址+2=读地

8、址时，full为1；当wren无效时，若写地址+1=读地址时，full为1。读地址产生模块还根据读地址和写地址的差产生FIFO的空标志。当rden有效时，若写地址-1=读地址时，empty为1；当rden无效时，若写地址