异步fifo设计（1）

异步fifo的设计主要涉及读写指针的产生，空满状态的判断

一：简单讲解

重要参数：fifo深度（简单来说就是需要存多少个数据）

                 fifo位宽（每个数据的位宽）

FIFO有同步和异步两种，同步即读写时钟相同，异步即读写时钟不相同

同步FIFO用的少，可以作为数据缓存

异步FIFO可以解决跨时钟域的问题，在应用时需根据实际情况考虑好fifo深度即可

本次要设计一个异步FIFO，深度为8，位宽也是8

二：读写指针的产生（格雷码）

　　深度为8，如果用二进制表示，3位即可，但这里要考虑空满状态。什么是空满状态呢？

　　写满，读空，用一个写指针控制数据写入FIFO，读指针控制读取数据。当写指针将FIFO深度写满，这时称为写满；当读指针把数据都读了出来，这里称为读空。

　　如果fifo是空的话，意味着该fifo的wr_ptr和rd_ptr的值是相等的。空状态一般有两种情况，一种是复位的时候由于wr_ptr和rd_ptr被清0，所以其值相等；另一种情况时rd_ptr的值增加之后追上了wr_ptr 的值，与其相等。如果fifo是满的话，也意味着wr_ptr和rd_ptr的值是相等的，但是需要注意的是此时wr_ptr实际上是将rd_ptr套圈之后再一次追上rd_ptr的值与其相等。这样的话空和满状态都意味着wr_ptr和rd_ptr的值是一样的，那么到底该如何区分是空状态和满状态呢？这就涉及到了异步fifo设计的第一个问题：如何产生fifo的读写指针。

         这里有两种解决办法，一种是增加一个额外的bit来区分；另外一种办法是利用grey码。

　　第一种方法：我们在设计时将指针的位宽设计成 4 位，最高位的作用就是区分是读空还是写满。第一种方法易产生亚稳态等问题，所以不是我们要讲述的重点。具体理论 1 如下

　　当最高位相同，其余位相同认为是读空

　　当最高位不同，其余位相同认为是写满

　　注意：理论1试用的是二进制数之间的空满比较判断。

　　第二种方法：grey码

1：grey码（贴不了照片，不知道怎么回事）

　　格雷码判断是否为读空或写满时应使用理论 2，看最高位和次高位是否相等，具体如下：

       当最高位和次高位相同，其余位相同认为是读空

       当最高位和次高位不同，其余位相同认为是写满

                                           

 

　　可以看出，除了最高位，上图的格雷码关于红线对称。

　    格雷码如何产生呢？

　　格雷码可由二进制码（十进制值同）^ 二进制码右移一位得到

 　　下面将介绍用到一组flip-flop的设计：这种设计输出端的寄存器存的是真正的grey码值(wr_ptr,rd_ptr)，grey码输出通过Grey-to-binary转换器得到bin，bin经过一个条件增量器之后产生bnext信号，该值又传给Binary-to-grey转换器产生gnext信号。结构图如下所示：

    用到两组filp-flop的设计：这种设计没有Grey-to-binary转换器，并且可以直接映射到fifo内存的地址，也就省去了将fifo内存的地址转化为grey码的操作。该设计如下图所示：