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关于fifo深度问题

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发表于 2007-1-14 17:14:44 | 显示全部楼层 |阅读模式

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前几天发了没有人回,在:别的论坛上看到的这个贴子,觉得有点问题,大家来讨论一下:

写时钟周期w_clk,
读时钟周期r_clk,
写时钟周期里,每B个时钟周期会有A个数据写入fifo
读时钟周期里,每Y个时钟周期会有X个数据读出FIFO
则,FIFO的最小深度是?

首先,这道题不一定有解
有解的必要条件是在一定时间内(足够长),写入的数据数量一定要等于读出的数据数量
因此有:A/B * w_clk = X/Y * r_clk

其次,算出写数据的最大burst_length。考虑最坏情况
比如,如果条件给出,每100个写时钟,写入80个数据,那么在背靠背的情况下,burst_length = 2*80=160

最后,fifo_depth = burst_length - burst_length * X/Y * r_clk/w_clk

BTW:通常,为了安全起见,都会多留一些depth的余度
 楼主| 发表于 2007-1-14 17:18:19 | 显示全部楼层
个人觉得,公式应该是这样:
A/(B * w_clk) = X/(Y * r_clk)

fifo_depth = burst_length - burst_length * X/Y * w_clk /r_clk


举例说明:
如果100个写时钟周期可以写入80个数据,10个读时钟可以读出8个数据
其中w_ck=5ns,r_ck=10ns

如果按照之前的公式,得出的深度为:fifo_depth = burst_length - burst_length * X/Y * r_ck/w_clk=160-160*8/10*2=-94,显然是不对的

实际上,考虑背靠背(20个clk不发数据+80clk发数据+80clk发数据+20个clk不发数据的200个clk)

这样在中间160个写时钟周期连续写的情况下,只能读出160*5/(10*10)*8=64个数据,所以FIFO的深度应该为160-64=96
也就是fifo_depth = burst_length - burst_length * X/Y * w_clk /r_clk=160-160*8/10*5/10=96

大家可以讨论一下,加深对这个问题的认识。
发表于 2007-1-15 13:59:16 | 显示全部楼层


原帖由 windzjy 于 2007-1-14 17:18 发表
个人觉得,公式应该是这样:
A/(B * w_clk) = X/(Y * r_clk)

fifo_depth = burst_length - burst_length * X/Y * w_clk /r_clk


举例说明:
如果100个写时钟周期可以写入80个数据,10个读时钟可以读出 ...



我以前看到过这个公式,是用来计算同步fifo的。

你所举的那个例子, 如果呼入fifo的数据宽度和呼出相同的话,都设为w bit。那么呼如fifo的带宽就是200wbps,呼出fifo的带宽是100wbps。考虑链路利用率都是80%。那么呼入fifo的有效带宽是160wbps。呼出fifo的带宽是80wbps。现在看到矛盾了,由于输入输出带宽不相等,进来永远比出去多,那么FIFO总是处于不断积累数据的状态。所以lz所举的这个例子并不合适。
应该提高读时钟的速率,使fifo两端的带宽匹配,在这个前提下才能计算出有解的fifo深度。

如果令wclk=rclk (以下内容中的clk表示时钟的频率,不是周期)。可使得读写带宽匹配。那么这个例子的答案是32
原因如下: 考虑背靠背的情况,160个wclk连续都写入了160个数据。而这160个wclk时间内,由于wclk=rclk,那么读出了(16/10 )×8=128个数据。有32个数据会被留在fifo里。那么fifo的最小深度就是32。

如果令wclk=200mhz,改为100个wclk里写入40个,rclk=100mhz,10个rclk里读出8个。那么fifo深度为48

[ 本帖最后由 wice3 于 2007-1-15 14:52 编辑 ]
发表于 2007-1-15 14:29:45 | 显示全部楼层
续上:
讲数据带入公式 fifo_depth = burst_length - burst_length * X/Y * r_clk/w_clk
正好也是也是这个结果。所以我觉得公式是对的。
其实 A/B * w_clk = X/Y * r_clk 即 (A/B)*W_CLK=(X/Y)*R_CLK
所表达的含义就是 fifo的输入和输出带宽要匹配,其中A/B表示链路利用率,w_clk×width表示带宽,这里大概是默认输入输出的数据宽度相同,所以以wclk来代替带宽。 X/Y 和 r_clk 的含义也是这样:) 。在带宽匹配的前提下数据不会无限积累。

fifo_depth = burst_length - burst_length * (X/Y) * (r_clk/w_clk)公式是对的。

[ 本帖最后由 wice3 于 2007-1-15 14:32 编辑 ]
发表于 2007-1-15 14:41:37 | 显示全部楼层
续上:
fifo_depth = burst_length - burst_length * (X/Y) * (r_clk/w_clk) 作个变形,
得到 fifo_depth = burst_length - (burst_length /w_clk)*[r_clk*(x/y)]
其中(burst_length /w_clk) 表示这个burst的持续时间,r_clk*(x/y)表示读的实际速度。
两者的乘积自然就是这段时间读出的数据量。显然burst_length表示这段时间写入的数据量,两者的差为fifo中残留的数据,这个也就是理论上的fifo的最小深度。
实际应用中往往是以半空半满信号来指示fifo的空满状态的,所以实际设计fifo的时候会至少留下一个数据空间的深度裕量。
发表于 2007-1-15 14:44:53 | 显示全部楼层
以上是我的一点粗浅的理解,欢迎各路高手批评指正。

[ 本帖最后由 wice3 于 2007-1-15 15:07 编辑 ]
 楼主| 发表于 2007-1-15 16:49:19 | 显示全部楼层
仔细看了一下发现自己的问题:
1,贴子中写时钟周期w_clk和读时钟周期r_clk并不是指的周期,而是指的频率
2,我举例不当,因该是wice3所说的那样,100个CLOCK写40个数据,这样在100个周期内
     写入的数据数量和读出的数据数量就一致了,不会造成溢出。

总结:
1,原公式还是对的,只是w_clk和r_clk意义描述的容易让人误解
2,又加深了对fifo的理解

有什么问题大家可以继续讨论。
发表于 2007-1-15 21:02:59 | 显示全部楼层
同意楼上的意见
发表于 2007-1-16 18:00:19 | 显示全部楼层

回复 #3 wice3 的帖子

如果令wclk=200mhz,改为100个wclk里写入40个,rclk=100mhz,10个rclk里读出8个。那么fifo深度为48???
怎么算的?我算得怎么是0.
谢谢
发表于 2007-1-16 22:03:56 | 显示全部楼层


原帖由 deangreen 于 2007-1-16 18:00 发表
如果令wclk=200mhz,改为100个wclk里写入40个,rclk=100mhz,10个rclk里读出8个。那么fifo深度为48???
怎么算的?我算得怎么是0.
谢谢


考虑最糟糕的情况,背靠背写fifo,80个wclk里写进了80个数据,
80个wclk的时间等于40个rclk时间,在40个rclk时间里读出了4×8=32个
那末fifo中残留48个 :)
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