一种低功耗异步fifo存储器的设计

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2008年募18期总第281一种低功耗异步FIFO存储器的设计张海勇，叶显阳，皮代军，秦水介(贵州省光电子技术及应用重点实验室贵州贵阳55OO25)摘要：针对传统异步FIFO功耗较高的缺点，设计一种低功耗异步FIFO存储器。通过采用对异步读写指针的前两个状态位直接比较的方法，减少格雷码向二进制转换的电路，并增加门控时钟电路，从而大大降低了存储器的动态功耗。通过软件QuartusⅡ7．2对其进行功耗估算，功耗降低了8％。用ModelSimSE6，1b进行仿真，验证了设计功能的正确性。关键词：异步FIF0；格雷码；门控时钟；动态功耗中图分类号：T

2、N4O2文献标识码：B文章编号：1004—373X(2OO8)18—001—03DesignofaLowPowerAsynchronousFIFOMemoryZHANGHaiyong，YEXianyang，PIDaijun，QINShuijie(GuizhouLaboratoryforPhotoelectricTechnologyandApplication，Guiyang，550025，China)Abstr~ct：DuetothehighpowerofthetraditionalasynchronousFIFO．Alowpower—consumptionasynchronousFIFO

3、memoryisdesigned．ThedynamicpowerconsumingofthisFIFOmemoryisreducedgreatlybydirectlycomparingthetwoprecedentstatebytesoftheasynchronousread—writepointer，droppingaconversioncircuitofthegraycodetothebinary，andaddingaclock—gatingcircuit，Thepowerconsumptionofthememoryisestimatedatabout8％byusingthesoftQ

4、uartusII7．2．ThesimulationresultsindicatethewellfunctionthroughtheModelsimSE6．1b．Keywords：asynchronousFIFO；Graycode；clock—gatingcircuit；dynamicpowerconsuming在集成电路的设计中，随着芯片设计规模的扩大，读指针、写指针都加1指向下一个单元。但是由于读时一个模块与外围芯片的通信时往往存在多个时钟，当数钟与写时钟的频率不同，所以读动作和写动作不同步。据从一个时钟域传递到另一个时钟域，并且目标时钟域当读指针(rptr)追上写指针(wptr)时，会

5、造成存储器的与源时钟域不相同时，有可能造成亚稳态的产生，从而读空；当写指针比读指针多循环1次，追上读指针时，则使源数据丢失或混乱，导致系统无法正常无误的工作。存储器会处于写满状态。如何根据异步的指针信号来而异步FIFO可以在两个不同的时钟系统之间快速准判断并产生正确的空、满标志，是异步FIF0设计的一确地传输数据，在进行跨时钟域传输时，它是一种有效、个主要问题。因此，要完成一个异步FIF0的设计，必快捷的解决方案L1]。须要解决2个问题：FIFO(FirstINFirstOut)电路是一种实现数据先(1)避免亚稳态的产生；进先出的存储器件，通常用作数据缓冲器，其原理框图(2)产生正确的空、

6、满标志。见文献E23。异步FIFO的读动作与写动作分别受读时传统的异步FIFO采用对读写指针的1位状态位钟(relk)、读使能(inrptr)和写时钟(welk)、写使能(in—进行判断，这样就必须增加格雷码向二进制转换的电wptr)控制。当读时钟(写时钟)上升沿来到，并且读使路，本设计采用对读写指针的两位状态位直接比较的方能(写使能)有效时，则向存储器读出(写入)数据，同时法，从而减少了电路结构，并增加了门控时钟电路，使功耗有所降低。下面是其具体的实现方法。收稿日期：2008一O3—2O1异步FIFO的设计与实现基金项目：贵州省自然科学基金((2002)No．3014)；贵州省自然科学基

7、金((2003)No．3005)；2003年度教育部”1．1异步时钟下亚稳态的问题优秀青年教师资助计划”(教人司[2003]355号)；贵州省国际科技合作项目(黔科合国字(2004)I101．1．1亚稳态产生的原因O4号)；贵州省优秀青年科技人才培养计划基金在时序电路中，通常采用触发器和锁存器作为存储(黔科合人字No．2013)；贵州大学校研究生创新基单元。对于触发器，在时钟沿触发前后有一段判决时金：(2007007)；