FPGA中IP核的调用——DCFIFO实验_dcfifo是什么,有什么作用

1、FIFO IP 核简介
FIFO（First In First Out，即先入先出），是一种数据缓冲器，用来实现数据先入先出的读写方式。与 ROM 或 RAM 的按地址读写方式不同， FIFO 的读写遵循“先进先出”的原则，即数据按顺序写入 FIFO，先被写入的数据同样在读取的时候先被读出，所以 FIFO存储器没有地址线。 FIFO 有一个写端口和一个读端口外部无需使用者控制地址，使用方便。
FIFO 存储器主要是作为缓存，应用在同步时钟系统和异步时钟系统中，在很多的设计中都会使用，后面实例中如：多比特数据做跨时钟域的转换、前后带宽不同步等都用到了FIFO。 FIFO 根据读写时钟是否相同，分为 SCFIFO（同步 FIFO）和 DCFIFO（异步FIFO）， SCFIFO 的读写为同一时钟，应用在同步时钟系统中； DCFIFO 的读写时钟不同，应用在异步时钟系统中。

2、如何调用FIFO

直接在vivado中，点击左上角IP catalog选项，输入FIFO进行搜索，选择FIFO Generator进入FIFO的配置。

SCFIFO（同步 FIFO）和 DCFIFO（异步FIFO）两者的调用方法基本一致，只是在于是使用“common Clock Block RAM”还是使用“Independent Clock Block RAM”，这里我们以DCFIFO的调用为例。

使用块 RAM 来实现异步 FIFO；其中 Independent Clock 表示是异步FIFO， Block RAM 表示的是块 RAM 资源。

依次进行DCFIFO的各个参数配置，之后再生成产品即可。

3、顶层调用代码编写

在.v文件中调用FIFO模块（FIFO模块可在其.voe文件中找到，直接复制过来）。

`timescale 1ns / 1ps
 
 
 
module IP_DCFIFO1(
 input wire wr_clk,
 input wire rd_clk,
 input wire rst_n,
 input wire [7:0] din,
 input wire wr_en,
 input wire rd_en,
 
 output wire [15:0] dout,
 output wire full,
 output wire empty,
 output [6:0] rd_da_cnt,
 output [7:0] wr_da_cnt
 
    );
    
    
IP_dcfifo_8x256 ip_dcfifo1 (
  .wr_clk(wr_clk),                // input wire wr_clk
  .rd_clk(rd_clk),                // input wire rd_clk
  .din(din),                      // input wire [7 : 0] din
  .wr_en(wr_en),                  // input wire wr_en
  .rd_en(rd_en),                  // input wire rd_en
  .dout(dout),                    // output wire [15 : 0] dout
  .full(full),                    // output wire full
  .empty(empty),                  // output wire empty
  .rd_data_count(rd_da_cnt),  // output wire [6 : 0] rd_data_count
  .wr_data_count(wr_da_cnt)  // output wire [7 : 0] wr_data_count
);
endmodule

4、编写仿真代码

在仿真代码中给各个输入激励。

我们给予了两个异步的时钟信号，写时钟频率为50MHz，读时钟频率为25MHz。

在调用DCFIFO时，我们这里设置的是写入数据为8位宽，读出数据为16位宽，仿真时也这样设计，以便完整地显示出读出数。

下面将演示如何在跨时钟域工程中使用DCFIFO完成数据的写入读出。

`timescale 1ns / 1ps
 
 
module IP_DCFIFO_tb(    );
reg wr_clk;   
reg rd_clk;   
reg rst_n;    
reg [7:0] din;      
reg wr_en;    
reg rd_en;
//reg [1:0] cnt_baud; 
reg full_reg0;
reg full_reg1;   
         
wire [15:0] dout;     
wire full;     
wire empty;    
wire [6:0] rd_da_cnt;
wire [7:0] wr_da_cnt;
 
initial
  begin
  wr_clk <= 1'b1;
  rd_clk <= 1'b1;
  rst_n <= 1'b0;
  #20
  rst_n <= 1'b1;
  #100000
  rst_n <= 1'b0;
  end
 
always #10 wr_clk = ~wr_clk;
always #20 rd_clk = ~rd_clk;
 
always @(posedge wr_clk or rst_n)
    if (rst_n == 1'b0)
       din <= 8'd0;
    else if ((din == 8'd255) && (wr_en == 1'd1))
       din <= 8'd0;
    else if (wr_en == 1'd1)
       din <= din + 8'd1;
    else 
       ;
 
always @(posedge wr_clk or rst_n)
    if (rst_n == 1'b0)
       wr_en <= 1'd0;
   else if ((full == 1'd1) && (rd_en <= 1'd1))
       wr_en <= 1'd0;
    else if((rd_en <= 1'd0)&& (empty <= 1'd1))
       wr_en <= 1'd1;
    else
       ;
 
 
//读取数据激励
always @(posedge rd_clk or rst_n)
    if (rst_n == 1'b0)
       begin
       full_reg0 <= 1'd0;
       full_reg1 <= 1'd0;
       end
    else   //rd_clk打两拍,full仍然为高电平再进行读取
       begin
       full_reg0 <= full;
       full_reg1 <= full_reg0;
       end
 
always @(posedge rd_clk or rst_n)
    if (rst_n == 1'b0)
       rd_en <= 1'd0;
//如果 full 信号有效就立刻读，则不会看到 full 信号拉高，
//所以此处使用 full 在 rd_clk 时钟下打两拍后的信号
   else if (full_reg1 == 1'd1)
       rd_en <= 1'd1;
    else if (empty == 1'b1)
       rd_en <= 1'd0;
    else
       ;
 
 
IP_DCFIFO1 ip_dcfifo_tb(
 .wr_clk    (wr_clk   ),
 .rd_clk    (rd_clk   ),
 .rst_n     (rst_n    ),
 .din       (din      ),
 .wr_en     (wr_en    ),
 .rd_en     (rd_en    ),
 
 .dout      (dout     ),
 .full      (full     ),
 .empty     (empty    ),
 .rd_da_cnt (rd_da_cnt),
 .wr_da_cnt (wr_da_cnt)
    );
endmodule

5、仿真结果