altera 的fifo使用方式

本文深入解析了ALTERA提供的LPM_FIFO参数宏模块,详细介绍了SCFIFO和DCFIFO两种工作模式,尤其针对DCFIFO模式下读写端的重要信号进行了阐述,并对比了Legacy mode和Show-ahead mode在读取FIFO数据时的不同行为。

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ALTERA提供了LPM_FIFO参数宏模块,可以在代码中例化使用。

FIFO有两种工作模式:(1)SCFIFO,(2)DCFIFO

其中SCFIFO指读写用一个时钟进行同步,可以支持同时读写的功能。

其中DCFIFO指读写使用不同的时钟进行同步,这在设计多时钟系统中相当有用,可用于不同时钟同步信号之间的同步调整。

首先看看DCFIFO模式下的几个比较重要的信号:

[A]在写端,主要有以下几个信号:

       (1) data[n-1:0]:写入数据信号总线;

       (2) wrreq:写入请求信号,高有效

       (2) wrclk:写入同步时钟;

       (3) wrfull, wrempty:用于指示写端FIFO为空或者满的状态;

       (4) wrusedw[log2(SIZE_FIFO)-1:0] :写入的数据个数,按写入个数递增;

上述信号都与写入时钟srclk同步;

[B]在读端,主要有以下几个信号:

       (1) q[n-1:0]:读取数据信号总线;

       (2) rdreq:读取请求/确认信号,高有效

       (2) rdclk:读取同步时钟;

       (3) rdfull, rdempty:用于指示读端FIFO为空或者满的状态;

       (4) rdusedw[log2(SIZE_FIFO)-1:0] :读取的数据个数,按读取顺序递减;

FIFO主要有两种工作模式:
(1) Legacy mode(Legacy synchronous FIFO mode )

(2) Show-ahead mode(Show-ahead synchronous FIFO mode)

其中:
在Legacy mode,读端的rdreq信号作为读取FIFO的请求信号(REQ),读取数据在rdreq置位后的第二个时钟周期有效。

在Show-ahead mode,读端的rdreq信号作为读取FIFO的确认信号(ACK),读取数据在rdreq置位后立即有效,不要额外的读取周期。

### Altera FIFO 实现与使用方法 在 FPGA 设计中,FIFO 是一种常见的数据缓冲结构,用于解决不同模块之间的速率匹配问题。Altera 提供了多种工具和 IP 核来简化 FIFO 的设计过程。 #### 使用 MegaCore Function 创建 FIFO MegaCore Function 是 Altera 提供的一种功能强大的 IP 核生成器,可以用来快速创建 FIFO 缓冲区。通过 Quartus II 软件中的 IP Catalog 或 Qsys 工具,可以选择并配置 FIFO 功能模块[^4]。 以下是基于 MegaCore Function 的 FIFO 配置流程: 1. **打开 IP Catalog**: 在 Quartus II 中导航到 Tools -> IP Catalog。 2. **选择 FIFO Generator**: 找到名为 "Memory Compiler" 的部分,并选择适合的 FIFO 类型(同步或异步)。 3. **设置参数**: - 数据宽度 (Data Width): 定义每次传输的数据位数。 - 存储深度 (Depth): 设置 FIFO 可容纳的最大数据项数量。 - 同步/异步模式: 如果输入输出时钟相同,则选择同步;如果不同,则需选择异步 FIFO 并启用跨时钟域管理逻辑[^5]。 #### HDL 描述方式实现自定义 FIFO 除了利用预构建的 IP 核外,还可以采用手工编写 Verilog/VHDL 来完成更灵活的设计需求。下面展示了一个简单的单端口 RAM 型 FIFO 结构实例: ```verilog module fifo_sync #(parameter WIDTH=8, DEPTH=16)( input wire clk, input wire reset_n, // Write Interface input wire wr_en, input wire [WIDTH-1:0] din, // Read Interface input wire rd_en, output reg full, output reg empty, output reg [WIDTH-1:0] dout); localparam ADDR_WIDTH = $clog2(DEPTH); reg [ADDR_WIDTH-1:0] w_ptr; reg [ADDR_WIDTH-1:0] r_ptr; always @(posedge clk or negedge reset_n) begin if (!reset_n) begin w_ptr <= {ADDR_WIDTH{1'b0}}; r_ptr <= {ADDR_WIDTH{1'b0}}; full <= 1'b0; empty <= 1'b1; end else begin if ((wr_en && !full)) begin w_ptr <= w_ptr + 1'd1; if(w_ptr == r_ptr) full <= 1'b1; end if((rd_en && !empty))begin r_ptr <=r_ptr+1'd1 ; if(r_ptr==w_ptr )empty<=1'b1 ; end if(rd_en&&wr_en&&(r_ptr+1)==w_ptr)begin full<=1'b0; empty<=1'b0; end end end endmodule ``` 上述代码片段展示了如何手动实现一个基本的同步 FIFO 构造[^6]。 #### 性能优化建议 为了提高 FIFO 的性能,在实际应用过程中需要注意以下几个方面: - 尽量减少不必要的读写操作频率; - 对于深 FIFO ,考虑分层存储架构以降低访问延迟; - 当涉及多时钟域转换时,加入握手信号机制确保数据一致性[^7]。
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