FIFO读数据异常分析

FIFO是FPGA设计中最常用的IP，读写时序相对简单，可能正是因为这个原因，通常不会去细读FIFO手册，具体怎么操作大概清楚，上手就写，一般不会出什么问题。最近却遇到读FIFO异常的情况，特意记录一下，顺便细读了一下PG057。

FIFO读操作异常

数据写入FIFO后，读取数据，没有输出。

FIFO 读时序

下图是pg057读时序图，在文档中读到这样一句话：

shows a standard read access. When you write at least one word into the FIFO,
empty is deasserted — indicating that the data is available to be read。

当FIFO中的empyt信号为0时，才可以读FIFO。

为什么原来不出这种错误呢

仔细观察抓到的时序图发现，从写使能有效到empty由高变低经历了几个时钟周期，之前使用FIFO时，empty应该是在写使能下一个周期就置低了。差异就在于以前FIFO读写都是8bit数据，这次是64bit数据。应该是输入位宽导致empty的变化。

读写位宽不同时

FIFO输入为64bit，输出为32bit。

当向FIFO写入64‘h090a0b0c0d0e0f10时，从输出端先读出32’h090a0b0c，后读出32‘h0d0e0f10。

使用valid信号

valid不是必须使用信号，但该信号指示读出数据有效状态，非常有用。

First-Word Fall-Through与Show-ahead

在读使能信号有效之前，FIFO输出数据，这个功能在Xilinx叫First-Word Fall-Through，Intel叫Show-ahead。功能类似，在使用First-Word Fall-Through时，valid信号不再能准确只是输出有效。在有效情况下使用First-Word Fall-Through会更方便，但我有时更愿意麻烦点，使用标准FIFO，因为遇到做器件移植的情况，要移植的器件不支持这种模式，需要修改时序。

Underflow 与Overflow

Underflow

Underflow用来指示读操作不成功，当FIFO为空时，进行读操作，该信号触发。

Overflow

Overflow用来指示写操作不成功，当FIFO为满时，进行写操作，该信号触发。

FIFO实现

Intel FPGA的FIFO通常由两种资源实现，Block RAM和 Distributed RAM。Xilinx有如下四种资源实现。