FPGA異步FIFO設(shè)計(jì)中的問(wèn)題與解決辦法

作者：時(shí)間：2009-09-18 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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2．2 空／滿(mǎn)標(biāo)志位的判斷
為保證數(shù)據(jù)的正確寫(xiě)入和讀出，不發(fā)生寫(xiě)滿(mǎn)和讀空操作，怎樣判斷空／滿(mǎn)標(biāo)志位的產(chǎn)生就成為異步FIFO設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題。異步FIFO是環(huán)形存儲(chǔ)的，當(dāng)讀寫(xiě)地址指針相等時(shí)，意味著空標(biāo)志位或者滿(mǎn)標(biāo)志位的產(chǎn)生。但是卻不能確定是寫(xiě)滿(mǎn)還是讀空狀態(tài)。為解決這一問(wèn)題，本文將轉(zhuǎn)換為格雷碼后的讀寫(xiě)地址指針?lè)謩e經(jīng)過(guò)檢測(cè)和計(jì)數(shù)器。每當(dāng)讀寫(xiě)指針遍歷一圈(當(dāng)讀寫(xiě)地址指針指向雙端口RAM的最后一個(gè)地址)時(shí)，寫(xiě)計(jì)數(shù)i加1，讀計(jì)數(shù)j加1。這樣寫(xiě)滿(mǎn)狀態(tài)和讀空狀態(tài)的判斷就需要同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)條件。下面分別給出寫(xiě)滿(mǎn)和讀空狀態(tài)的判斷。
①寫(xiě)滿(mǎn)狀態(tài)的判別：當(dāng)讀地址指針等于寫(xiě)地址指針，并且i>j時(shí)，產(chǎn)生滿(mǎn)標(biāo)志。
②讀空狀態(tài)的判別：當(dāng)寫(xiě)地址指針等于讀地址指針，并且i=j時(shí)，產(chǎn)生空標(biāo)志。
由于空／滿(mǎn)標(biāo)志位產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)圖對(duì)稱(chēng)，故本文只給出滿(mǎn)標(biāo)志位產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。其中，主數(shù)i為寫(xiě)地址指針遍歷的圈數(shù)，計(jì)數(shù)j為讀地址指針遍歷的圈數(shù)。

本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/191924.htm

從圖2中可看出，地址指針轉(zhuǎn)換為格雷碼后，經(jīng)過(guò)檢測(cè)和計(jì)數(shù)環(huán)節(jié)，將讀寫(xiě)地址和讀寫(xiě)指針遍歷的圈數(shù)分別送入比較器進(jìn)行比較，從而準(zhǔn)確地產(chǎn)生滿(mǎn)標(biāo)志位。

3 FPGA內(nèi)部軟異步FIFO設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中FPGA采用的是Xilinx Spartan3系列中的XC3S400PQ208。內(nèi)部有56 Kb的分布式RAM和288 Kb的RAM，以及4個(gè)DCM(數(shù)字時(shí)鐘管理器)單元，為系統(tǒng)提供獨(dú)立的讀寫(xiě)時(shí)鐘頻率?？梢岳眠@些資源在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)異步FIFO模塊。本文采用 VHDL語(yǔ)言對(duì)雙端口RAM的讀寫(xiě)操作進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)FPGA內(nèi)部軟FIFO的設(shè)計(jì)。部分讀寫(xiě)雙端口RAM和空／滿(mǎn)標(biāo)志位的判斷源程序如下：

4 系統(tǒng)仿真
如果系統(tǒng)的讀時(shí)鐘頻率大于寫(xiě)時(shí)鐘頻率，就有可能出現(xiàn)讀空的情況；如果系統(tǒng)的寫(xiě)時(shí)鐘頻率大于讀時(shí)鐘頻率，就可能出現(xiàn)寫(xiě)滿(mǎn)的情況。在實(shí)際系統(tǒng)中，一般都設(shè)置寫(xiě)時(shí)鐘頻率大于讀時(shí)鐘頻率，故本文只考慮后一種情況。