FPGA之FIFO篇_fpga fifo

FIFO简介

• first-in-first-out
• FIFO一般用于不同时钟域之间的数据传输，也常用来实现不同位宽的接口的数据匹配
• fifo从输入时钟 的角度来分，有两种类型：单时钟FIFO（SCFIFO）和双时钟FIFO（DCFIFO）.
• FIFO的常见参数：
  • FIFO的宽度：FIFO一次独写操作的数据位宽N
  • FIFO的深度 ：FIFO可以存储多少个宽度为N位的数据
  • 空标志：对于双时钟FIFO又分为读空标志rdempty和写空标志wrempty。FIFO已空或将要空时由FIFO的状态电路送出的一个信号， 以阻止FIFO的读操作继续从FIFO中读出数据而造成无效数据的读出。
  • 满标志：对于双时钟FIFO又分为读满标志rdfull和写满标志wrfull。FIFO已满或将要写满时由FIFO的状态电路送出的一个信号，以阻止FIFO的写操作继续向FIFO中写数据而造成溢出。
  • 读时钟：读FIFO时所遵循的时钟，在每个时钟的上升沿触发。
  • 写时钟：写FIFO时所遵循的时钟，在每个时钟的上升沿触发。

实验任务

• 生成FIFO IP core  ，并实现FIFO为空时就开始向FIFO中写入自加数据，直到FIFO写满为止；当FIFO写满时则开始从FIFO中读出数据，直到FIFO读空为止。

硬件接口

软件框图

module ip_fifo(
input   sys_clk,
input   sys_rst_n
);
 
wire wrreq;
wire [7:0] data;
wire wrempty;
wire wrfull;
wire wrusedw;
 
wire rdreq;
wire [7:0] q;
wire rdempty;
wire rdfull;
wire rdusedw;
 
 
 
/****************************************
                main code
****************************************/
 
 
 fifo_rd u_fifo_rd( 
     .sys_clk (sys_clk  ),          
     .sys_rst_n (sys_rst_n ),         
  
     .rdreq   (rdreq    ),          
     .data    (q        ),          
     .rdempty (rdempty  ),        
     .rdfull  (rdfull  )            
  );
 
fifo_wr u_fifo_wr(
	//system clock  and   reset
	.sys_clk(sys_clk),
	.sys_rst_n(sys_rst_n),
 
	//user interface
	.wrempty(wrempty),
	.wrfull(wrfull),
	.data(data),
	.wrreq(wrreq)  // write request
);
 
fifo	fifo_inst (
 
 
 
	.wrclk ( sys_clk ),
	.wrreq ( wrreq ),
	.data ( data ),
	.wrempty ( wrempty ),
	.wrfull ( wrfull ),
	.wrusedw ( wrusedw ),
 
	.rdclk ( sys_clk ),
	.rdreq ( rdreq),
	.q ( q),
	.rdempty ( rdempty ),
	.rdfull ( rdfull),
	.rdusedw ( rdusedw )
 
	);
 
 
 
endmodule

 

module fifo_wr(
//system clock  and   reset
  input sys_clk,
  input sys_rst_n,
 
//user interface
  input wrempty,    // ip core cause
  input wrfull,     // ip core cause
  output reg [7:0] data,
  output wrreq  // write request
);
 
//reg define 
reg wrreq_t;
reg [1:0] flow_cnt;
 
/**************************************
**               main code
**************************************/
assign wrreq=~wrfull & wrreq_t;   //fifo  not full and  write request 
 
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) begin
    if(!sys_rst_n)begin
       wrreq_t<=1'b0;
       data<=8'd0;
       flow_cnt<=2'd0;
    end
    else begin
      case(flow_cnt)
       
      2'd0: begin
          if(wrempty)begin
            wrreq_t<=1'b1;
            flow_cnt<=flow_cnt+1'b1;
          end
          else
            flow_cnt<=flow_cnt;
      end
      /
      2'd1: begin     
          if(wrfull)begin
            wrreq_t<=1'b0;
            data<=8'd0;
            flow_cnt<=2'd0;
          end
          else begin
            wrreq_t<=1'b1;
            data<=data+1'b1;
          end
      end
      /*************************************/
      default : flow_cnt<=2'd0;
      endcase
    end
     
end
endmodule

 

module fifo_rd(
   input sys_clk,
   input sys_rst_n,
 
   input  [7:0] data,
   input  rdfull,
   input  rdempty,  
   output rdreq     //
);
 
//reg define 
reg rdreq_t;
reg [7:0] data_fifo;
reg [1:0] flow_cnt ;
 
assign rdreq=~rdempty & rdreq_t;
 
//fifo read data
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
     if(!sys_rst_n)begin
       rdreq_t<=1'b0;
       data_fifo<=8'd0;
     end
	  
     else begin
       case(flow_cnt)
			 2'd0:begin
			 
						if(rdfull)begin
						  rdreq_t<=1'b1;
						  flow_cnt<=flow_cnt+1'b1;
						end
						else
							flow_cnt<=flow_cnt;
					
			     end
			  
			 2'd1:begin
			 
						if(rdempty)begin
							rdreq_t<=1'b0;
							data_fifo<=8'd0;
							flow_cnt<=2'd0;  
						end
						else begin
						  rdreq_t<=1'b1;
						  data_fifo<=data;
						end 
					
					end
			 default: flow_cnt<=2'd0;
        endcase
	 end	  
end
endmodule

例化IP core 详情参见正点原子开拓者开发板手册

仿真结果

实验总结

在实验过程中主要注意写请求和读请求的产生，还有读模块和写模块与IP core的配合关系  以及读写的转换时刻。