同步FIFO理解及设计

一、FIFO概念

        FIFO是先进先出的首字母缩写，它描述了如何相对于时间或优先级管理数据。在这种情况下，到达的第一个数据也将是从一组数据中离开的第一个数据。 FIFO缓冲区是一种读/写存储阵列，可自动跟踪数据进入模块的顺序并以相同顺序读出数据。在硬件中，FIFO缓冲区用于同步目的。它通常实现为循环队列，并具有两个指针：

• 读指针/读地址寄存器
• 写指针/写地址寄存器

        FIFO 从读写时钟上来分有两类结构：同步 FIFO 和 异步FIFO。同步 FIFO 具有一个时钟（读写共用一个时钟）输入，因此所有输入信号的读取都是在这个时钟的上升沿进行的，所有输出信号的变化也是在这个时钟信号的上升沿的控制下进行的，即单时钟 FIFO 的所有输入输出信号都是同步这个时钟信号的。而在异步FIFO结构中，写端口和读端口分别有独立的时钟，所有与写相关的信号都是同步于写时钟 wr_clk，所有与读相关的信号都是同步于读时钟 rd_clk 。

二、同步FIFO

• 写指针WP总是指向下一个时钟要写的地址；
• 读指针RP总是指向下一个时钟要读的地址；
• 读指针等于写指针的时候有可能为空，有可能为满。

FIFO 的常见参数：

• FIFO 的宽度：即 FIFO 一次读写操作的数据位；
• FIFO 的深度：指的是 FIFO 可以存储多少个 N 位的数据（如果宽度为 N）。
• 满标志：FIFO 已满或将要满时由 FIFO 的状态电路送出的一个信号，以阻止 FIFO 的写操作继续向FIFO 中写数据而造成溢出（overflow）。
• 空标志：FIFO 已空或将要空时由 FIFO 的状态电路送出的一个信号，以阻止 FIFO 的读操作继续从FIFO 中读出数据而造成无效数据的读出（underflow）。
• 读时钟：读操作所遵循的时钟，在每个时钟沿来临时读数据。
• 写时钟：写操作所遵循的时钟，在每个时钟沿来临时写数据。

同步FIFO设计:

FIFO 本质上是一个存储器，存储介质可以是寄存器，SRAM 。 DDR等。其左边接上位机，及写FIFO设备，右边接下位机，及读FIFO设备。

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