FIFO,First In First Out ,是一种先进先出的数据缓存器。

没有外部读写地址线,只能顺序写入数据,顺序的读出数据, 其数据地址由内部读写指针自动加1完成。

不能像普通存储器那样可以由地址线决定读取或写入某个指定的地址。

FIFO一般用于不同时钟域之间的数据传输,根据工作的时钟域,分为同步FIFO和异步FIFO。

同步FIFO是指读时钟和写时钟为同一个时钟。在时钟沿来临时同时发生读写操作。

异步FIFO是指读写时钟不一致,读写时钟是互相独立的。

同步FIFO

 `timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2018/05/02 21:34:02
// Design Name:
// Module Name: FIFO_16bits_16
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description: synchronous fifo 16bits * 16
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
`define ADDR_WIDTH //ADDR WIDTH = 4,
`define FIFO_DEPTH //FIFO DEPTH
`define FIFO_WIDTH //FIFO WIDTH 16 BITS module myFIFO(
input wire clk,
input wire rst_n,
input wire wr_en,
input wire rd_en, //wire write/read enable
input wire [`FIFO_WIDTH:] buf_in, // data input to be pushed to buffer
output reg [`FIFO_WIDTH:] buf_out, // port to output the data using pop.
output wire buf_empty,
output wire buf_full, // fifo buffer empty/full indication
output reg [`ADDR_WIDTH:] fifo_cnt // number of data pushed in to buffer,16-> FULL;0-> EMPTY
); reg [`ADDR_WIDTH-:] rd_ptr,wr_ptr; //ADDR PTR .INDEX ,CYCLE 0->15->0->15
reg [`FIFO_WIDTH:] buf_mem[:`FIFO_DEPTH-];
reg rst_nr;
//juge full/empty
assign buf_empty = (fifo_cnt == )?:;
assign buf_full = (fifo_cnt == `FIFO_DEPTH)?:;
//Asynchronous reset,synch release
// always @(posedge clk)begin
// rst_nr <= rst_n;
// end
//FIFO_CNT
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)
fifo_cnt <= ;
else if((!buf_full&&wr_en)&&(!buf_empty&&rd_en)) //WRTITE & READ ,HOLD
fifo_cnt <= fifo_cnt;
else if(!buf_full && wr_en) //WRITE-> +1
fifo_cnt <= fifo_cnt + ;
else if(!buf_empty && rd_en) //READ -> -1
fifo_cnt <= fifo_cnt-;
else
fifo_cnt <= fifo_cnt;
end
//READ
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
buf_out <= ;
if(rd_en && !buf_empty)
buf_out <= buf_mem[rd_ptr];
end
//WRITE
always @(posedge clk) begin
if(wr_en && !buf_full)
buf_mem[wr_ptr] <= buf_in;
end
//wr_ptr & rd_ptr ,ADDR PTR
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
wr_ptr <= ;
rd_ptr <= ;
end
else begin
if(!buf_full && wr_en)
wr_ptr <= wr_ptr + ;
if(!buf_empty && rd_en)
rd_ptr <= rd_ptr + ;
end
end endmodule

testbench

 `timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2018/05/02 21:42:06
// Design Name:
// Module Name: tb
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
`define ADDR_WIDTH //ADDR WIDTH = 4,
`define BUF_DEPTH //FIFO DEPTH
`define FIFO_WIDTH //FIFO WIDTH 16 BITS module tb;
reg clk,rst_n;
reg wr_en,rd_en;
reg [:] buf_in; // data input to be pushed to buffer
wire [:] buf_out; // port to output the data using pop.
wire buf_empty,buf_full; // buffer empty and full indication
wire [`ADDR_WIDTH-:] fifo_cnt; // number of data pushed in to buffer myFIFO dut(
.clk(clk),
.rst_n(rst_n),
.buf_in(buf_in),
.buf_out(buf_out),
.wr_en(wr_en),
.rd_en(rd_en),
.buf_empty(buf_empty),
.buf_full(buf_full),
.fifo_cnt(fifo_cnt)
); always # clk = ~clk; reg [:] tempdata = ;
initial begin
clk = ;
rst_n = ;
wr_en = ;
rd_en = ;
buf_in = ;
#;
rst_n = ; push();
fork
push();
pop(tempdata);
join //push and pop together
push();
push();
push();
push();
push();
push();
push();
push();
push();
push();
push();
push();
push();
push();
push();
push();
push();
push();
push(); pop(tempdata);
push(tempdata); pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
push();
pop(tempdata);
push(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
push();
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata); #;
rst_n = ;
#;
rst_n = ;
push();
fork
push();
pop(tempdata);
join //push and pop together
push();
push();
push();
pop(tempdata);
pop(tempdata);
pop(tempdata);
end task push (input [:] data);
if(buf_full)
$display("---Cannot push %d: Buffer Full---",data);
else begin
$display("Push:%d",data);
buf_in = data;
wr_en = ;
@(posedge clk);
# wr_en = ;
end
endtask task pop(output[:] data);
if(buf_empty)
$display("---Cannot Pop: Buffer Empty---");
else begin
rd_en = ;
@(posedge clk);
# rd_en = ;
data = buf_out;
$display("------Poped:%d",data);
end
endtask endmodule

在综合是出现错误

[Synth 8-91] ambiguous clock in event control [:61]

是因为该段没有else语句,于是将该段改为

 //READ
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
buf_out <= ;
else begin
if(rd_en && !buf_empty)
buf_out <= buf_mem[rd_ptr];
end
end

通过。

//********************************************************************************

异步FIFO

参考了很多文章。

直接上代码

 `timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2018/05/03 13:56:26
// Design Name:
// Module Name: AsyncFIFO
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description: asynchronous fifo
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// module AsyncFIFO
#(
parameter fifo_width = ,
parameter fifo_depth = , // = ((1<<addr_width) -1)
parameter addr_width =
)
(
input wire wclk,
input wire rclk,
input wire wrst_n,
input wire rrst_n,
input wire winc,
input wire rinc,
input wire [fifo_width-:] wdata,
output wire [fifo_width-:] rdata,
output reg wfull,
output reg rempty
//output reg [addr_width:0] fifo_cnt
); reg [addr_width:] wptr,rptr;
reg [addr_width:] rbin,wbin;
reg [addr_width:] wq1_rptr,rq1_wptr,wq2_rptr,rq2_wptr;
reg [fifo_width-:] fifo_mem [:fifo_depth-];
wire [addr_width-:] waddr,raddr;
wire [addr_width:] rgraynext,rbinnext,wgraynext,wbinnext;
wire rempty_val,wfull_val;
//snyc wptr
always @(posedge wclk or negedge wrst_n)
if(!wrst_n) begin
{wq2_rptr,wq1_rptr} <= ;
end
else begin
{wq2_rptr,wq1_rptr} <= {wq1_rptr,rptr};
end
//snyc rptr
always @(posedge wclk or negedge wrst_n)
if (!wrst_n) begin
{rq2_wptr,rq1_wptr} <= ;
end
else begin
{rq2_wptr,rq1_wptr} <= {rq1_wptr,wptr};
end
//dualRAM
assign rdata = fifo_mem[raddr];
always@(posedge wclk)
if (winc && !wfull) fifo_mem[waddr] <= wdata;
//------------------------rempty & raddr----------------------------
always @(posedge rclk or negedge rrst_n) // GRAYSTYLE-2 pointer
if (!rrst_n) {rbin, rptr} <= ;
else {rbin, rptr} <= {rbinnext, rgraynext};
// Memory read-address pointer (okay to use binary to address memory)
assign raddr = rbin[addr_width-:];
assign rbinnext = rbin + (rinc & ~rempty);
assign rgraynext = (rbinnext>>) ^ rbinnext;//binary to gray
// FIFO empty when the next rptr == synchronized wptr or on reset
assign rempty_val = (rgraynext == rq2_wptr)?:;
always @(posedge rclk or negedge rrst_n)
if (!rrst_n) rempty <= 'b1;
else rempty <= rempty_val;
//-----------------------wfull & waddr------------------------------
always @(posedge wclk or negedge wrst_n) // GRAYSTYLE2 pointer
if (!wrst_n) {wbin, wptr} <= ;
else {wbin, wptr} <= {wbinnext, wgraynext};
// Memory write-address pointer (okay to use binary to address memory)
assign waddr = wbin[addr_width-:];
assign wbinnext = wbin + (winc & ~wfull);
assign wgraynext = (wbinnext>>) ^ wbinnext;
//------------------------------------------------------------------
// Simplified version of the three necessary full-tests:
// assign wfull_val=((wgnext[ADDRSIZE] !=wq2_rptr[ADDRSIZE] ) &&
// (wgnext[ADDRSIZE-1] !=wq2_rptr[ADDRSIZE-1]) &&
// (wgnext[ADDRSIZE-2:0]==wq2_rptr[ADDRSIZE-2:0]));
//------------------------------------------------------------------
assign wfull_val = (wgraynext=={~wq2_rptr[addr_width:addr_width-], wq2_rptr[addr_width-:]});
always @(posedge wclk or negedge wrst_n)
if (!wrst_n) wfull <= 'b0;
else wfull <= wfull_val; endmodule

测试程序

 `timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2018/05/03 16:53:39
// Design Name:
// Module Name: tb
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// module tb;
// parameter fifo_width = 16;
// parameter fifo_depth = 16;
// parameter addr_width = 4; reg wclk,rclk,wrst_n,rrst_n;
reg winc,rinc;
reg [:] wdata;
wire [:] rdata;
wire rempty,wfull; AsyncFIFO i1(
.wclk(wclk),
.rclk(rclk),
.wrst_n(wrst_n),
.rrst_n(rrst_n),
.winc(winc),
.rinc(rinc),
.wdata(wdata),
.rdata(rdata),
.wfull(wfull),
.rempty(rempty)
);
always # wclk = ~wclk;
always # rclk = ~rclk; reg [:] tempdata;
reg [:] data1;
reg [:] data2;
initial begin
wclk = ;
rclk = ;
wrst_n = ;
rrst_n = ;
winc = ;
rinc = ;
wdata = ;
data1 = ; #
fork
wrst_n = ;
rrst_n = ;
join
#
push();
push();
push();
push();
#
//pop(tempdata);
//push and pop together
while()begin
fork
wr;
rd;
join
end
push();
push();
push();
push();
push(); end task wr;begin
while(!wfull)begin
push(data1);
data1 =data1+;
end
end
endtask task rd;begin
while(!rempty)
# pop(tempdata); end
endtask task push (input [:] data);
if(wfull)
$display("---Cannot push %d: Buffer Full---",data);
else begin
$display("Push:%d",data);
wdata = data;
winc = ;
@(posedge wclk);
# winc = ;
end
endtask task pop(output[:] data);
if(rempty)
$display("---Cannot Pop: Buffer Empty---");
else begin
rinc = ;
@(posedge rclk);
# rinc = ;
data = rdata;
$display("------Poped:%d",data);
end
endtask endmodule

测试算是通过,但还是有点问题。相同再弄了。

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