SDRAM 控制器（八）——FIFO控制模块

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已于 2022-07-11 17:06:43 修改

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分类专栏：野火学习笔记文章标签： fpga开发 SDRAM

于 2022-07-09 19:08:50 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_44933149/article/details/125682891

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本文介绍了在FPGA开发中，为解决SDRAM控制器的时钟同步问题和数据冲突，引入FIFO模块的重要性。FIFO分为写FIFO和读FIFO，用于缓存数据并确保数据完整。设计要点包括例化双端口异步fifo，关注读写响应信号的处理，并在FIFO数据量达到特定条件时触发SDRAM操作。文章还提及了FIFO的时序图和顶层设计模块的内容。

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1、知识点

FIFO的引入：

调用SDRAM读写模块的其他模块必须与此模块时钟同步，否则将引入跨时钟域传输的问题

虽然仲裁模块可以解决读写请求、刷新请求的冲突，但是在存在冲突时，无法将冲突数据缓存会造成数据丢失（例如写操作、刷新操作冲突。则必定会执行刷新操作后再执行写操作，而在等待刷新操作完成的这段时间可能会将原来要写入的数据覆盖）

FIFO模块能解决多bit数据跨时钟域同步的问题；其次，在存在SDRAM操作冲突时可以将数据寄存在FIFO以防止数据被覆盖或丢失；通过引入FIFO使得对SDARM的操作实际上变成了对FIFO的操作，而FIFO的控制时序又相对简单，所以能大大简化操作。

2、FIFO模块设计

应设计两个FIFO：写FIFO模块、读FIFO模块。

写FIFO模块：用户侧将要写入的数据存入写FIFO，待SDRAM响应了写请求后，从写FIFO中读取数据作为数据源写入SDRAM
读FIFO模块：用户侧发起读请求，待SDRAM响应了读请求后，从SDRAM中读取的数据被写入读FIFO，用户侧从读FIFO读取数据

FIFO模块的Verilog代码设计主要有以下几点：

        分别例化2个双端口异步fifo模块，分别作为读模块与写模块
        读、写响应信号均为异步信号，需要打拍采取其下降沿
        每当写FIFO模块中数据量大于突发长度时，就进行SDRAM写入操作；每当读FIFO模块中数据量小于突发长度时，就进行SDRAM读取操作
        写请求优先级高于读请求

3、代码

时序图：

FIFO写：

FIFO读：

//----------------------------------------------------------------------------------------------------
//--FIFO控制模块
//----------------------------------------------------------------------------------------------------
module FIFO_Ctrl
(
	input 					sys_clk			,
	input					sys_rst_n		,
	// write FIFO
	input					wr_fifo_wr_clk	,
	input					wr_fifo_wr_req	,
	input	[15:0]			wr_fifo_wr_data	,//准备写入SDRAM的数据
	input	[23:0]			sdram_wr_b_addr	,//写数据开始地址
	input	[23:0]			sdram_wr_e_addr	,//写数据结束地址
	input	[9:0]			wr_burst_len	,//写突发长度
	input					wr_rst			,//写复位信号
	// read fifo
	input					rd_fifo_rd_clk	,
	input					rd_fifo_rd_req	,
	input	[23:0]			sdram_rd_b_addr	,//读数据开始地址
	input	[23:0]			sdram_rd_e_addr	,//读数据结束地址
	input	[9:0]			rd_burst_len	,//读突发长度
	input					rd_rst			,//读复位信号
	output	[15:0]			rd_fifo_rd_data	,
	output	[9:0]			rd_fifo_num		,
	
	input					init_end		,
	input					read_valid		,//读有效信号
	//SDRA