异步FIFO结构及FPGA设计

文章摘要：2.2 空/满标志的产生空/满标志的产生FIFO的核心部分。如何正确设计此部分的逻辑，直接影响到FIFO的性能。空/满标志产生的原则是：写满不溢出，读空不多读。即无论在什么进修，都不应出现读写地址同时对一个存储器地址操作的情况。在读写地址相等或相差一个或多个地址的时候，满标志应该有效，表示此时FIFO已满，外部电路应对FIFO发数据。在满信号有效时写数据，应根据设计的要求，或保持、或抛弃重发。同理，空标志的产生也是如此，即：空标志<=(|写地址-读地址|<=预定值)AND（写地址超前读地址）满标志<=（|写地址-读地址|<=预定值）AND(读地址超前写地址)最直接的做法

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2.2 空/满标志的产生

空/满标志的产生FIFO的核心部分。如何正确设计此部分的逻辑，直接影响到FIFO的性能。

空/满标志产生的原则是：写满不溢出，读空不多读。即无论在什么进修，都不应出现读写地址同时对一个存储器地址操作的情况。在读写地址相等或相差一个或多个地址的时候，满标志应该有效，表示此时FIFO已满，外部电路应对FIFO发数据。在满信号有效时写数据，应根据设计的要求，或保持、或抛弃重发。同理，空标志的产生也是如此，即：

空标志<=(|写地址-读地址|<=预定值)AND（写地址超前读地址）

满标志<=（|写地址-读地址|<=预定值）AND(读地址超前写地址)

最直接的做法是，采用读写地址相比较来产生空满标志。如图4所示，当读写地址的差值等于一个预设值的时候，空/满信号被置位。这种实现方法逻辑简单，但它是减法器形成的一个比较大的组合逻辑，因而限制了FIFO的速度。所以，一般只采用相等不相等的比较逻辑，避免使用减法器。

 

图5是另外一种常用的设计，比较器只对读写地址比较是否相等。在读写地址相等的时候有两种情况：满或者空。所以，附加了一个并行的区间判断逻辑来指示是空还是满。这个区间判断逻辑将整个地址空间分为几个部分，以指示读写地址的相对位置。这种做法提高了整个电路的速度，但是也有其缺点。主要是直接采用读写地址等于不等于的比较逻辑来进行空/满标志的判断，可以带来误判。

3 新颖的FIF0空/满标志控制逻辑

3.1 对读写地址的分析

由以上对FIFO的分析可以看出，由地址直接相减和将地址相互比较产生空/满标志都不可取。如何简单地进行直接比较，又不提高逻辑的复杂程度呢？对地址加延时可以做到这一点。设读地址为Rd_bin_addr，用读地址Rd_addr产生读地址的格雷码Rd_next_gray_addr,将Rd_next_gray_addr延一拍得到Rd_gray_addr,再将Rd_gray_addr延一拍得到Rd_last_gray_addr。在绝对时间上，Rd_next_gray_addr、Rd_gray_addr、Rd_last_gray_addr这些地址先后关系，从大到小排列，并且相差一个地址，如图6所示。

写地址的格雷码的产生也与此类似，即：Wt_next_gray_addr、Wt_gray_addr、Wt_last_gray_addr。利用这6个格雷码进行比较，同时加上读写使能，就能方便而灵活地产生空/满标志。

以空标志Empty的产生为例，当读写格雷码地址相等或者FIFO内还剩下一个深度的字，并且正在不空的情况下执行读操作，这时Emptr标志应该置为有效（高电平有效）。

即EMPTY<=(Rd_gray_addr=Wt_gray_addr)and(Read_enable=1)或EMPTY<=(Rd_next_gray_addr=Wt_gray_addr)and(Read_enable=1)

同理可类推满标志的产生逻辑。

3.2 基于延时格雷码的FIFO标志产生逻辑

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