同步FIFO设计
- FIFO有一个读口和一个写口，读写时钟一致是同步FIFO，时钟不一致就是异步FIFO
- IP设计中通常使用的是同步FIFO
- 异步FIFO通常使用在跨时钟域设计中
RAM(Random Access Memory)的设计
FIFO中的数据可以存储在寄存器中或者SRAM中，FIFO的容量比较小的时候，使用register,FIFO容量比较大的时候使用的是SRAM
- SRAM通常是Memory Compiler进行产生的
- SRAM不需要手动写仿真模型
- RAM在时钟的驱动下，可以从两个端口同时进行读写操作
- 写操作：写数据、写地址、写使能
- 读操作:读地址、读使能，读取完成之后，会返回读数据
双端口RAM的Verilog代码(仿真模型)
- 将RAM的位宽、深度进行参数化设计，方便后续进行修改
- 首先要定义一个存储空间，用于存储数据
- SRAM是已经综合好的block,其中布局布线已经完成
- 在进行DC综合的时候，会将定义的存储体综合为寄存器或者sram（如果有相应的库文件），使用sram，面效比会比较好；register作为存储体的时候，容量小的时候，面积比较小，并且在下一个周期读出其中的值
- 使用register作为存储体,使用组合逻辑在当拍就可以得到数据
//1.
always@ (posedge clk) begin
if（read_en）
read_data <= memory[read_addr];
end
//2.
// 当拍就可以得到memory的值
wire [DATA_WIDTH-1:0] read_data_next;
assign read_data_next = memory[read_addr];
always @(posedge clk) begin
if(read_en)
read_data <= read_data_next;
end
同步FIFO设计
- FIFO包含两部分,一部分是存储体,另一部分是fifo ctrl
- fifo是不会存在根据地址取值的,fifo - 先入先出,所以端口没有地址,地址通过其中的fifo ctrl进行控制
- 没有读地址和写地址
- fifo满了之后,不能写入数据,fifo为空的时候,不能向外读取数据,关键是full和empty信号的产生
- fifo上下游模块看到fifo的状态之后,满不写,空不读;在fifo内部也需要进行控制
方法1
- 需要维护读指针和写指针
- 产生一个写使能,需要给一个地址给到写使能,写指针加1;产生一个读使能,读指针加1
- 产生空满信号:用一个计数器,表示当前fifo中一共存有多少数据,写使能来的时候,计数器加1,读使能来的时候,计数器减1,写使能和读使能同时来的时候,计数器不变
- 当counter为容量减一的时候,来了一个写使能,会变为满
- 当counter为1的时候,来了一个读使能,会变为空
// 满信号产生
if((!write_allow) && (Fcounter == 9'b0))
empty <= 1;
else if((!write_allow) && (Fcounter == 9'b1 && (read_allow))
empty <=1;
else
empty <= 1'b0;
- counter的值要覆盖所有的RAM地址范围
parameter COUNTER_WIDTH = 9;
reg Fcounter [COUNTER_WDITH-1:0]; // 只能表示0-511,表示不了512这个数
reg Fcounter [COUNTER_WDITH:0]; // 9bit可以表示512这个数
module syncfifo(
fifo_rst,
fifo_clk,
read_enable,
write_enable,
read_data,
write_data,
full,
empty,
fcounter
);
parameter DATA_WIDTH = 8;
parameter ADDR_WIDTH = 9;
input fifo_clk;
input fifo_rst;
input read_enable;
input write_enable;
input [DATA_WIDTH-1:0] write_data;
input [DATA_WIDTH-1:0] read_data;
output full;
output empty;
reg [ADDR_WIDTH:0] fcounter;
reg [DATA_WIDTH-1:0] read_addr;
reg [DATA_WIDTH-1:0] write_addr;
DUALRAM_RAM(
read_clk (fifo_clk),
write_clk (fifo_clk),
read_allow (read_allow),
write_allow (write_allow),
read_addr (read_addr),
write_addr (write_addr),
read_data (read_data),
write_data (write_data)
);
wire read_allow = (read_enable && !empty);
wire write_allow = (write_enable && !full);
always @(posedge fifo_clk or negedge fifo_rst) begin
if(fifo_rst)
empty <= 1'b1;
else
empty <= (!write_allow) && (fcounter[8:0] == 8'h0) && ((fcounter[0]==0)||read_allow);
end
always @(posedge fifo_clk or negedge fifo_rst) begin
if(fifo_rst)
full <= 1'b0;
else
full <= (!read_allow) && (fcounter[8:1] == 8'hff) && (fcounter[0]==1 || write_allow);
end
always @(posedge fifo_clk or negedge fifo_rst) begin
if(fifo_rst)
read_addr <= 'h0
esle if(read_allow)
read_addr <= read_addr + 1'b1;
end
always @(posedge fifo_clk or negedge fifo_rst) begin
if(fifo_rst)
write_addr <= 'h0
esle if(read_allow)
write_addr <= read_addr + 1'b1;
end
always @(posedge fifo_clk or negedge fifo_rst) begin
if(fifo_rst)
fcounter <= 'h0;
else if((!read_allow && write_allow) || (read_allow && !write_allow))
if(write_allow)
fcounter <= fcounter + 1'b1;
else
fcounter <= fcounter - 1'b1;
end
endmodule
方法2
方法1多例化了一个计数器,计数器需要占据一定的资源和面积
- 读写指针的空间扩大一倍,使用除最高位之外的其他位寻址sram
module sync_fifo
#(
parameter ADDR_WIDTH = 4,
parameter RAM_WIDTH = 8,
parameter RAM_DEPTH = 16
)
(
input wire fifo_clk,
input wire fifo_rst_n,
input wire read_en,
input wire write_en,
input wire [RAM_WIDTH-1:0] w_data,
output reg [RAM_WIDTH-1:0] r_data,
output wire empty,
output wire full
);
// 指针
reg [ADDR_WIDTH:0] write_addr;
reg [ADDR_WIDTH:0] read_addr;
wire [ADDR_WIDTH-1:0] w_addr;
wire [ADDR_WIDTH-1:0] r_addr;
wire write_allow = write_en && (!empty);
wire read_allow = read_en && (!full);
reg [RAM_WIDTH-1:0] mem [RAM_DEPTH-1:0];
always @(posedge fifo_clk or negedge fifo_rst_n) begin
if(!fifo_rst_n)
read_addr <= {ADDR_WIDTH{1'b0}};
else if(read_allow) begin
r_data <= mem[read_addr];
read_addr <= read_addr + 1;
end
end
always @(posedge fifo_clk or negedge fifo_rst_n) begin
if(!fifo_rst_n)
write_addr <= {ADDR_WIDTH{1'b0}};
else if(write_allow) begin
mem[write_addr] <= w_data;
write_addr <= write_addr + 1;
end
end
assign empty = read_addr == write_addr ? 1 : 0;
assign full = (read_addr[ADDR_WIDTH]!=write_addr[ADDR_WIDTH]) &&
(read_addr[ADDR_WIDTH-1:0] == write_addr[ADDR_WIDTH-1:0]);
assign r_addr = read_addr[ADDR_WIDTH-1:0];
assign w_addr = write_addr[ADDR_WIDTH-1:0];
endmodule
