异步 FIFO 最小深度计算方法及原理分析_计算fifo数据输入输出频率-优快云博客

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计算 FIFO 深度是设计 FIFO 中常遇到的问题。常识告诉我们，当读速率慢于写速率时（瞬时速率），FIFO 便可被用作系统中的缓冲元件或队列。FIFO 的大小取决于读写数据的速率，系统的数据速率取决于系统的负载能力，因此为了保证系统性能，我们需要考虑 FIFO 传输的最坏情况。所谓最坏的情况就是使得写速率最大，读速率最小的时候考虑突发传输；

异步 FIFO 最小深度计算原理

IFO 用于缓冲块数据流，一般用在写快读慢突发传输的情况，遵循的规则如下：

即是确保对FIFO写数据时不存在 Overflow 。

例1：
A/D 采样率50MHz，DSP 读 A/D 的速率40MHz，要不丢失地将10万个采样数据送入 DSP，在 A/D 在和 DSP 之间至少设置多大容量的FIFO才行？
100,000/50MHz=1/500s=2ms100,000/50MHz=1/500s=2ms
(50MHz−40MHz)∗1/500=20k(50MHz−40MHz)∗1/500=20k，即是 FIFO 深度；

异步 FIFO 最小深度常用计算公式

这里假设读写 FIFO 是可以同时进行的，
写时钟频率 w_clk，
读时钟频率 r_clk，
写时钟周期里，每 B 个时钟周期会有 A 个数据写入 FIFO，
读时钟周期里，每 Y 个时钟周期会有 X 个数据读出 FIFO，
则 FIFO 的最小深度的计算公式如下：

此公式可从上面原理推导而来；其中写入速率为w_clk，读出速率为(X/Y)*r_clk;

例2：
如果100个写时钟周期可以写入80个数据，10个读时钟可以读出8个数据。令w_clk=r_clk ，考虑背靠背 (20个clk不发数据＋80clk发数据＋80clk发数据＋20个clk不发数据的200个clk) ，代入公式可计算 FIFO 的深度，
fifo_depth = 160-160*80% = 160 - 128 = 32
如果令w_clk＝200MHz，改为100个w_clk里写入40个，r_clk＝100MHz，10个r_clk里读出8个，那么 FIFO 深度为48。计算如下，
fifo_depth = 80 - 80 * 80% * (100/200) = 80 - 32 = 48

注：

两者相除自然就是这段时间读出的数据量。显然burst_length表示这段时间写入的数据量，两者的差为 FIFO 中残留的数据，这个也就是理论上的 FIFO 的最小深度;

读写 FIFO 不是同时进行的情况下

假如读写 FIFO 不是同时进行的，FIFO 深度就是写数据最大突发个数；

异步 FIFO 最小深度计算实例

例3：
如两个异步时钟域数据接口，假如读写是同时进行的，一般设置 FIFO 的深度就要对应两个时钟以及对应写最大的突发数据。假设写时钟频率是40MHz，读时钟为25MHz，在写端最大突发写数据个数为100个数据。对应深度计算：100(1-25/40)=37.5，对应深度设置至少为38；

假如读写不是同时的，这就需要设置深度为写数据最大突发个数，如上例中，对应最大突发个数为100个，则深度设置为100；

例4：
一个8bit宽的异步 FIFO，输入时钟为100MHz，输出时钟为95MHz，设一个 frame 为4Kbit，且两个 frame 之间的发送间距足够大。求FIFO的最小深度？
burst_length = 4K/8 = 4*1024/8 = 4096/8 = 512。
因为X和Y的值没有给出，所以默认为1。
fifo_depth = 512 - 512*(95/100) = 25.6 ，所以fifo_depth最小取值是26；