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本帖最后由 wenhuajianyuan 于 2021-3-21 16:25 编辑
上一期为童鞋们带来了 fifo工作的基本原理，本期将继续与各位童鞋探讨FIFO类面试相关问题。首先让我们回顾一下上一期的课后思考题：
如果读时钟域速度较快、写时钟域速度较慢（或者写、读时钟域速度相差较大）会出现什么情况？
背景知识补充：假设存在两个时钟域CLKA和CLKB，信号从CLKA时钟域传输到CLKB时钟域，CLKA时钟周期为CLKB时钟周期两倍，且此处电路为同步电路（即所有触发器的状态的变化都与所加的时钟脉冲信号同步）如下图所示。
此时不难发现CLKA时钟域的逻辑变化时间点1、2、3，在CLKB时钟域总有时钟上升沿能采样CLKA时钟域的1、2、3节点的变化。 如果CLKA时钟域与CLKB时钟域时钟周期相反，即CLKB时钟周期为CLKA时钟周期的两倍，如下图所示。
此时CLKA时钟域中的1、3、5节点信号值可以被CLKB时钟域采样，而2、4、6时钟节点的信号值被遗漏，出现了“漏采”。 由此可见，在跨时钟域数据同步时，使用快时钟域采样慢时钟域数据，数据可以被正确的采样，但是如果使用慢时钟域采样快时钟域数据，会出现“漏采”且该情形无法避免（注：此处指跨时钟域数据同步中使用两级D触发器的情形，异步FIFO中指针同步使用此方法）。 回到问题本身，如果读时钟域速度较快、写时钟域速度较慢（或者写、读时钟域速度相差较大）会出现什么情况？ 情形一：读快、写慢。 由于读时钟域速度快，写时钟域速度慢，则当写时钟域指针同步到读时钟域时，数据同步正常，即判断读空状态时，判断正常；当读时钟域指针同步到写时钟域时，出现指针“漏采”，此时从数据同步图可以看出，当CLKA指针从1变到6的过程中，CLKB只会采样到1、3、5。取地址指向3的情形，当CLKB采样到指针3时，如果判断不为满，那此时FIFO必不为满。如果判断为满，则不一定真满（两级D触发器同步时会消耗两个周期，即读时钟域采样到3时，写时钟域指针已经到了5）。由此可见指针“漏采”并未对FIFO满空判断造成影响，而两级D触发器进行指针同步的滞后性，使得判断为满时，出现了假满，对FIFO的性能造成了影响。对满空进行保守判断的方法对性能造成损失，但不会出错。 情形二：读慢、写快。 请参照情形一类比。 极端情形:读、写速度相差数十倍或者数百倍时什么情形？（往年校招面试真题）
当读写时钟域速度相差极大时，假设写的速度极快，读的速度极慢，取极限，则一开始就会写满。同理，假设写的速度挤满，读的速度极快，取极限，则一开始就会读空。
异步FIFO设计核心：格雷码+指针同步 为了判断满空状态，引入最高位。 为了消除亚稳态，引入了格雷码。 为了判断满空状态，引入两级D触发器对指针进行同步。 在对异步FIFO的原理进行分析后，便可使用 verilog语言进行电路设计了，此处请各位童鞋自行设计哦，异步FIFO代码是各大公司笔试的必考题，童鞋们一定要慎重对待。 在异步FIFO设计完成后，新的问题又出现了： 如何验证一个异步FIFO？（紫光展锐2019校招面试题） 此处侧重于分析总结异步FIFO的功能点，考察对待验证设计的验证点提取能力。以基于UVM验证方法学对异步FIFO的验证为例，验证分为验证场景和验证平台。验证场景如表所示：
构建的UVM验证平台如下图所示：
注：在验证复位场景时，完整的复位验证应当包含以下情形的复位： 初始复位：在验证激励施加之前对读、写指针的复位，可以在driver中完成。 写复位：在FIFO写入过程中对写时钟域信号复位；在FIFO读出过程中对写时钟域信号复位。 读复位：在FIFO读出过程中对读时钟域信号复位；在FIFO写入过程中对读时钟域信号复位。 随机复位：任意情形下的随机复位。 在完成验证平台和验证场景的设计后，还需添加断言用于检查部分时序，所构建的断言应当包括以下点： （1）检查复位时所有指针和满/空信号是否都处于低电平状态。 （2）当fifo读计数为0时，检查fifo_empty是否被置位。 （3）当fifo写计数大于FIFO宽度时，检查fifo_full是否被置位。 （4）检查如果fifo已满，并且尝试写入时写入指针不会更改。 （5）检查如果fifo已空，并且尝试读出时读指针不会更改。 （6）有一个属性会在尝试fifo写满时发出警告。 （7）有一个属性会在尝试fifo读空时发出警告。
（8）确保在WRITE模式下，写输入指针处于已定义状态（0或1），它不应为X态.同样适用于READ模式。
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发表于 2021-3-21 16:24:24
