关于异步FIFO设计的关键点说明

justfigo · 发表于 2015-12-20 22:28:20

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1.输入信号：读/写使能，读/写数据；
2.设计的核心：根据读/写使能控制读/写地址（或者叫读写指针）更新：对于读，当未空的时候，读使能持续一个读时钟，读地址加1，对于写，当未满时候，写使能持续一个读时钟，写地址加1。
现在关键就是怎么判读空与满，有多种方法，例如：假设ram深度为N，1.当rd_address=wr_address，为空；2.当rd_address=（wr_address+1）mod N，这种方法会牺牲一个存储单元，因为该方法判断为满时实际上未满，还有一个空间可以写入。2.如果要利用方法1中的一个剩余的空间，需要区分rd_address=wr_address时是空还是满，此时光靠读写地址肯定无法区分，所以需要记录之前的状态，即前一个状态是将满还是将空，即almost_full or almost_empty，具体的方法多种多样。
3.需要注意的是，因为是异步fifo，所以读写地址涉及跨时钟域，需要特别处理，一般的方法是：把一个时钟域的地址传递到另一个时钟域之前先转换成Gray码，再传递到另一个时钟域；另一个时钟域收到Gray码后，先用两级寄存器寄存，然后再转换成普通码，再进行处理，这种方法可以将亚稳态降低到很低的水平（应该是无法避免的，但是两级寄存器后再发生的很低了，需要注意即使不发生亚稳态也可能会采集到错误的信号），这样即使另一个时钟域传输过来的地址采集错误，也只会错一位，仔细思考会发现，这种错误根本不会影响电路的功能，即不会产生错误，只会产生一个时钟的延时。例如：ram深度为2048，假设写地址为1024，传输的读地址本来应该为1001，结果错误，那么错误的值只能是1000，此时计算得到的剩余空间为2048-（1024-1000）=2024，实际的剩余空间为2025，因为剩余空间是是否写满的参考，在发生错误的情况下，实际上计算得到的结果更加严格，更加不会发生写满还在写的情况了。
附上格雷码和二进制转换的方法：

二进制与格雷码转换.doc (73.5 KB, 下载次数: 46 )