E203 同步fifo
1. 输入端,
输入信号， i_vld,表示输入请求写同步fifo，如果fifo不满，则fifo发送i_rdy 到输入端，开始写fifo。i_vld和i_rdy是写握手信号。
2.输出端
o_rdy表示接受端已经准备好了，可以读取fifo，o_vld表示fifo准备好了，不为空，可以输出到接收端。o_rdy和o_vld是握手信号。
3.如果fifo是深度为0，则是bypass模式，只要请求写，就直接准备输出，所以
assign o_vld = i_vld;
assign i_rdy = o_rdy;
assign o_dat = i_dat;
可以立即发送数据 o_dat=idat, 对于深度为n的情况， i_rdy = ~full, o_vld=~empty, 就是i_rdy和o_vld是满空标志取反。
4.如果深度为n，假设为4, 我们设置i_vld=1,但是o_rdy 总是0，则输入端写fifo，直到fifo满。
testbench代码如下：
module sirv_gnrl_dffs_tb;
reg clk=0,rst_n;
reg i_vld, o_rdy;
reg [31:0] i_dat;
wire i_rdy, o_vld;
wire [31:0] o_dat;
sirv_gnrl_fifo #(.CUT_READY(1),.DP(4),.DW(32)) mybuf(.i_vld(i_vld),.i_rdy(i_rdy),.i_dat(i_dat),.o_vld(o_vld),.o_rdy(o_rdy),.o_dat(o_dat),.clk(clk),.rst_n(rst_n));
always #10 clk=~clk;
initial
begin
rst_n=1'b1;
i_vld = 1'b0;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = 32'h12345678;
#20
rst_n=1'b0;
#80
rst_n=1'b1;
#80
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = $random()%32;
#80
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = $random()%32;
#20
i_vld = 1'b0;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = $random()%32;
#20
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = $random()%32;
#20
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = $random()%32;
#20
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = $random()%32;
#20
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = $random()%1024;
#20
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = $random()%1024;
#20
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = $random()%1024;
#20
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = $random()%1024;
#20
#20
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = $random()%1024;
#500 $finish;
end
initial
$monitor($time,,,"clk=%b,rst_n=%b,i_vld=%b,o_rdy=%b, i_rdy=%b, o_vld=%b,",clk,rst_n,i_vld,o_rdy,i_rdy,o_vld);
initial
begin
//$dumpfile("dump.vcd");
//$dumpvars;
$fsdbDumpfile("dump.fsdb");
$fsdbDumpvars("+all");
end
endmodule
初始时刻，同步fifo各个信号都是x，直到复位信号rst_n的下降沿到来时候，复位读写指针触发器和向量寄存器触发器，向量寄存器主要用于空满判断。
读写指针都被初始化为1，如果fifo深度(DP)=1,则读写指针rptr_vec_r，wptr_vec_r总是1。下一个读写指针rptr_vec_nxt/wptr_vec_nxt 等于当前指针左移一位，假设DP=4，则指针为0001,0010,0100,1000, 1000的下一个是0001，首尾相接。这种表示法是用独热码的方式表示读写指针。
////////////////
///////// Read-Pointer and Write-Pointer
// if ith is 1, then means read/write ith value of fifo
wire [DP-1:0] rptr_vec_nxt;
wire [DP-1:0] rptr_vec_r;
wire [DP-1:0] wptr_vec_nxt;
wire [DP-1:0] wptr_vec_r;
//read pointer dynamic process,
// always is 1
if(DP == 1) begin:rptr_dp_1
assign rptr_vec_nxt = 1'b1;
end
else begin:rptr_dp_not_1 // 0001,0010,0100,1000,0001, ring buffer,
assign rptr_vec_nxt =
rptr_vec_r[DP-1] ? {{DP-1{1'b0}}, 1'b1} :
(rptr_vec_r << 1);
end
if(DP == 1) begin:wptr_dp_1
assign wptr_vec_nxt = 1'b1;
end
else begin:wptr_dp_not_1
assign wptr_vec_nxt =
wptr_vec_r[DP-1] ? {{DP-1{1'b0}}, 1'b1} :
(wptr_vec_r << 1);
end向量寄存器触发器为DP+1位。复位下降沿道来时候，vec_r=1, 如果读和写有一个工作的时候，则vec_en=1。
如果写enable的时候，vec_nxt = {vec_r[DP-1:0],1’b1},
vec_r, vec_nxt:
1, 11
11,111
111, 1111
1111, 1_1111
i_rdy = (~i_vec[DP-1]);如果i_vec[DP-1]=1,则表示fifo满了， i_rdy=0,此时不能写fifo了。
///////// Vec register to easy full and empty and the o_vld generation with flop-clean wire [DP:0] i_vec; wire [DP:0] o_vec; wire [DP:0] vec_nxt; wire [DP:0] vec_r; wire vec_en = (ren ^ wen );//ren not same as wen set to 1 assign vec_nxt = wen ? {vec_r[DP-1:0], 1'b1} : (vec_r >> 1); sirv_gnrl_dfflrs #(1) vec_0_dfflrs (vec_en, vec_nxt[0] , vec_r[0] , clk, rst_n); sirv_gnrl_dfflr #(DP) vec_31_dfflr (vec_en, vec_nxt[DP:1], vec_r[DP:1], clk, rst_n); assign i_vec = {1'b0,vec_r[DP:1]}; assign o_vec = {1'b0,vec_r[DP:1]};
会根据wen和写指针wptr_vec_r，把i_dat写入到指定的位置，因为是读热码，所以只有一位为1，为1的位置正好是fifo中最上面空的位置。
///////// write fifo
for (i=0; i<DP; i=i+1) begin:fifo_rf//{
assign fifo_rf_en[i] = wen & wptr_vec_r[i];
// Write the FIFO registers
sirv_gnrl_dffl #(DW) fifo_rf_dffl (fifo_rf_en[i], i_dat, fifo_rf_r[i], clk);
end//}
对于这个test，会在连续的4个时钟上升沿写入i_dat,因为此时i_dat都为4，所以会写入四个4。
我们修改testbench，增加enable o_rdy
module sirv_gnrl_dffs_tb;
reg clk=0,rst_n;
reg i_vld, o_rdy;
reg [31:0] i_dat;
wire i_rdy, o_vld;
wire [31:0] o_dat;
sirv_gnrl_fifo #(.CUT_READY(1),.DP(4),.DW(32)) mybuf(.i_vld(i_vld),.i_rdy(i_rdy),.i_dat(i_dat),.o_vld(o_vld),.o_rdy(o_rdy),.o_dat(o_dat),.clk(clk),.rst_n(rst_n));
always #10 clk=~clk;
initial
begin
rst_n=1'b1;
i_vld = 1'b0;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = 32'h12345678;
#20
rst_n=1'b0;
#80
rst_n=1'b1;
#80
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = 32'h8;
#20
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = 32'h12;
#20
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = 32'h2;
#20
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = 32'h11;
#20
i_vld = 1'b1;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = 32'h13;
#20
i_vld = 1'b0;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = 32'h6;
#20
i_vld = 1'b0;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = 32'h22;
#20
i_vld = 1'b0;
o_rdy = 1'b0;
i_dat = 32'h99;
#20
i_vld = 1'b0;
o_rdy = 1'b1;
i_dat = 32'h33;
#20
i_vld = 1'b0;
o_rdy = 1'b1;
i_dat = 32'h17;
#20
i_vld = 1'b0;
o_rdy = 1'b1;
i_dat = 32'h3;
#500 $finish;
end
initial
$monitor($time,,,"clk=%b,rst_n=%b,i_vld=%b,o_rdy=%b, i_rdy=%b, o_vld=%b,",clk,rst_n,i_vld,o_rdy,i_rdy,o_vld);
initial
begin
//$dumpfile("dump.vcd");
//$dumpvars;
$fsdbDumpfile("dump.fsdb");
$fsdbDumpvars("+all");
end
endmodule
// o_vld as flop-clean
assign o_vld = (o_vec[0]);
根据o_vec[0]判断是否为空，如果不为空，则enable o_vld,开始读fifo。
根据当前的读指针，从fifo中取出数据，并赋值给o_dat, 如果设置了mask out，会把数据初始值中的x mask掉。默认设置这个值。
/////////One-Hot Mux as the read path
integer j;
reg [DW-1:0] mux_rdat;
always @*
begin : rd_port_PROC//{
mux_rdat = {DW{1'b0}};
for(j=0; j<DP; j=j+1) begin
mux_rdat = mux_rdat | ({DW{rptr_vec_r[j]}} & fifo_rf_r[j]);
end
end//}
if(MSKO == 1) begin:mask_output//{
// Mask the data with valid since the FIFO register is not reset and as X
assign o_dat = {DW{o_vld}} & mux_rdat;
end//}
else begin:no_mask_output//{
// Not Mask the data with valid since no care with X for datapth
assign o_dat = mux_rdat;
end//}
再看下CUT_READY, 当fifo深度为1的时候，ready和下一个阶段的ready信号相关，变成了逻辑链。我们可以通过CUT_READY来控制它。
如果设置了CUT_READY,仅当fifo不为空的时候，才能设置i_rdy信号，可以切断反压信号，阻止它传递到上一级，这时候2个周期传输一个数据。如果设置CUT_READY=0,则变成一个popping操作，同一个周期放入弹出。
if(DP == 1) begin:cut_dp_eq1//{ if(CUT_READY == 1) begin:cut_ready//{ // If cut ready, then only accept when fifo is not full assign i_rdy = (~i_vec[DP-1]); end//} else begin:no_cut_ready//{ // If not cut ready, then can accept when fifo is not full or it is popping assign i_rdy = (~i_vec[DP-1]) | ren; end//} end//} else begin : no_cut_dp_gt1//}{ assign i_rdy = (~i_vec[DP-1]); end//}
下面是DP=1，设置CUT_READY=1 和0的波形。
CUT_READY=1
CUT_READY=0
