同步FIFO与异步FIFO
FIFO详解
3．FIFO的一些重要参数
FIFO的宽度：也就是英文资料里常看到的THE WIDTH，它只的是FIFO一次读写操作的数据位，就像MCU有8位和16位，ARM 32位等等，FIFO的宽度在单片成品IC中是固定的，也有可选择的，如果用FPGA自己实现一个FIFO，其数据位，也就是宽度是可以自己定义的。
说到此，我们已经清楚地看到，FIFO设计最关键的就是产生空/满标志的算法的不同产生了不同的FIFO。但无论是精确的空满还是保守的空满都是为了保证FIFO工作的可靠。
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读时钟：读操作所遵循的时钟，在每个时钟沿来临时读数据。
写时钟：写操作所遵循的时钟，在每个时钟沿来临时写数据。
读指针：指向下一个读出地址。读完后自动加1。
写指针：指向下一个要写入的地址的，写完自动加1。
读写指针其实就是读写的地址，只不过这个地址不能任意选择，而是连续的。
4．FIFO的分类
根均FIFO工作的时钟域，可以将FIFO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。
异步时钟数据同步方法
异步时钟数据同步方法异步时钟数据同步是指在不同状态、速率或时钟域的两个电子设备之间传输数据时，确保数据的正确性和同步性。
因为不同的状态、速率或时钟域可能导致数据传输的不同步，容易引发数据错误或丢失。
为了解决这个问题，可以采用以下几种方法进行异步时钟数据同步。
1. 同步异步转换器（Synchronizer）：同步异步转换器是常用的一种方法，它可以将两个不同时钟域的信号之间建立同步关系。
通常，一个同步异步转换器由两级触发器（Flip-flop）构成。
第一级触发器根据初始时钟域的时钟信号进行触发，而第二级触发器根据目标时钟域的时钟信号进行触发。
这样，可以确保在目标时钟域接收到正确同步的数据。
2. 异步FIFO（First-In-First-Out）：异步FIFO是一种具有先进先出功能的存储器，可以在不同时钟域之间传输和同步数据。
异步FIFO通常包括读指针和写指针，用于控制数据的读写和同步。
读指针和写指针的控制逻辑可以根据不同时钟域的时钟信号进行同步，保证数据的正确传输。
3.异步协议：异步协议是一种用于处理异步时钟数据传输的特殊协议。
异步协议通常包括一些额外的控制信号和状态机，用于保证数据的正确传输和同步。
异步协议可以根据不同时钟域的时钟信号进行同步，并且可以在传输数据之前进行握手、校验和错误处理。
4.异步握手协议：异步握手协议是一种用于在异步时钟数据传输中进行数据同步的协议。
异步握手协议通常包括一些额外的控制信号和状态机，用于确保数据的正确传输和同步。
异步握手协议可以根据不同时钟域的时钟信号进行同步，并且可以在传输数据之前进行握手、确认和错误处理。
5.异步串行通信接口：异步串行通信接口是一种用于在不同时钟域之间进行数据传输的接口。
异步串行通信接口通常包括一些特殊的编码和解码技术，用于确保在不同时钟域之间传输的数据的正确性和同步性。
异步串行通信接口可以根据不同时钟域的时钟信号进行同步，并且可以在传输数据之前进行握手、校验和错误处理。
quartus 异步fifo用法 -回复
quartus 异步fifo用法-回复quartus异步FIFO用法引言：在数字电路设计中，FIFO（First In First Out）是一种常见的数据存储器，它允许数据以先进先出的顺序进出。
在使用Quartus进行FPGA设计时，异步FIFO是一种非常有用的工具，它可以帮助我们处理不同速度的数据流，并实现数据的缓冲和流量控制。
本文将介绍Quartus异步FIFO的基本概念和使用方法，并给出一些实例。
第一部分：Quartus异步FIFO概述1.1 什么是异步FIFO？异步FIFO是一种数据存储器，在其中数据可以以不同速度进入和退出。
与同步FIFO不同，异步FIFO的读写时钟可以是不同的，这使得它可以处理速度不匹配的数据流。
Quartus提供了异步FIFO的库函数和IP核，使得它可以在FPGA设计中方便地使用。
1.2 Quartus异步FIFO的特点Quartus异步FIFO具有以下特点：- 可以使用不同的时钟频率进行读写操作。
- 可以配置不同的缓冲深度来满足特定的设计需求。
- 可以实现流量控制和数据的重排序。
- 可以支持并行读写和读写使能信号。
- 可以适应不同的数据宽度和时钟域要求。
第二部分：Quartus异步FIFO的使用方法2.1 创建异步FIFO在Quartus中创建异步FIFO的方式有两种：使用库函数和使用IP核。
使用库函数创建异步FIFO的步骤如下：- 首先，在Quartus中打开设计工程，并创建一个新的源文件。
- 然后，将异步FIFO的库函数导入到源文件中，以便在设计中调用它。
- 接着，实例化异步FIFO，并通过参数配置其属性，例如宽度，深度，时钟域等。
- 最后，将异步FIFO连接到其他逻辑模块，完成设计。
使用IP核创建异步FIFO的步骤如下：- 首先，在Quartus中打开设计工程，并创建一个新的IP核。
- 然后，在IP核的界面中选择合适的FIFO类型和配置参数。
- 接着，将异步FIFO实例化到设计中，将其连接到其他逻辑模块。
fifo参数说明
fifo参数说明
FIFO（First In First Out）是一种先进先出的数据缓存器，用于数据的缓存或高速异步数据的交互。
以下是FIFO的一些主要参数：
1. 宽度：FIFO的宽度表示每次读写操作的数据位数。
2. 深度：FIFO的深度表示FIFO可以存储的数据量，计算方式为深度=2的宽度位数次方。
3. 空标志：当FIFO为空时，会产生空标志，此时无法进行读操作。
4. 满标志：当FIFO已满时，会产生满标志，此时无法进行写操作。
5. 读写时钟：对于同步FIFO，读写操作使用同一时钟；对于异步FIFO，读写操作使用不同的时钟。
6. 读写地址：FIFO具有自动加一的读写地址，用于数据的读写操作。
7. 计数器：用于产生空满标志，当计数器的值为0时产生空标志，当计数器的值为FIFO深度时产生满标志。
8. 数据宽度：FIFO存储的数据宽度，用于定义数据在FIFO中的位宽。
了解这些参数对于设计和应用FIFO非常重要，它们会影响FIFO的性能和适用性。
同时，根据具体的应用需求，还可以定制其他参数，如数据预取、奇偶校验等。
大神关于FIFO的见解
1、对于异步fifo一般有两种理解，一种是读写操作不使用时钟而是直接采用wr,rd来进行，比如cypress就提供这样的fifo. 另一种，是指在fpga和asic 是设计中，异步fifo是指具有两个时钟的双口fifo, 读些操作在各自的时钟延上进行，在两个不同时钟下，可以同时进行读或写。
2、异步fifo在fpga占用的资源比同步fifo大很多，不是实在没有办法最好不用。
3、在fpga中异步fifo只是指双时钟双端口的fifo4、异步FIFO的功能除了缓冲之外，另一个常用功能就是完成信号在不同时钟域的速度匹配。
这在数据通信领域应用非常广泛，例如完成系统侧时钟域和线路侧时钟域的匹配。
5、很多人在用同一个时钟的分频时钟操作fifo时也用异步fifo6、一般刚开始做同步FIFO时，都喜欢用二进制计数器做地址，其实做同步FIFO的另一个很好的地址计数器是“线性反馈移位寄存器”计数器。
7、其实同步还是异步关键是看读写是否需要时钟，异步的读写时只需读写信号和地址就可以了，而同步的还需要一个同步时钟。
8、我个人认为，fifo可以分成数据传送和fifo控制（interface）两部分，异步fifo的interface部分是使用两个不同的clk，用于不同clk数据传输的时钟匹配（时（例如CPUcache和PCI数据传输速率不同），可以产生一些控制信号，钟同步）如读指针，写指针，满，空等。
数据传输在一个统一的clk下运行，由interface产生的控制信号来控制数据的转移9、习惯上把具有不同读写时钟的FIFO称之为“异步FIFO”。
异步FIFO的设计难点在于读写指针需要跨时钟域——跨时钟域信号会导致触发器进入亚稳态。
目前业界流行的标准做法是采用两级同步电路，即让串联的两个触发器先后采样跨时钟域的信号，这样第二级触发器进入亚稳态的概率将大大降低。
当然采用更多级的同步电路可以进一步提高稳定性，不过一般而言两级同步电路已经足够可靠了。
同步FIFO
Transmit Data in
Data word #n
. .
Data Data Data Data
word word word word
#3 #2 #2 #1
Receive Data Out 图1 FIFO functional diagram
Write Pointer
empty empty Data word #n
FIFO 应用
高速同步数据采集卡
同步FIFO在高速视频图像采集处理系统中的应用 高速同步FIFO存储器在数字信号源中的应用
应用——
高速同步FIFO存储器在数字信号源中的应用
高速数字信号源是数字信号处理系统中的一种常用设备，目的是 输出人为编制的任意数字信号，用来验证和测试后续数字处理设备的 功能和性能指标。对于一个大型的数字系统而言，高速数字信号源的 研制是必不可少的。 数字信号源主要采用CYPRESS 公司的CY7C4245芯片来实现对数据 流的高速转换、处理，其设计思想在多种领域中都具有广泛的应用价 值。
5.在时钟的下降沿处 a.判断读操作时，out_data是否等于exp_data，否则stop; b.cycle_count加1； c.当(fast_write||cycle_count&1’b1)&&~full时，write_n=0, in_data加1； 否则 write_n=1； d.当(fast_read||cycle_count&1’b1)&&~empty时，read_n=0 ， exp_data加1,否则read_n=1； e.当full=1时， fast_write=0 ，fast_read=1，filled_flag=1； f.当filled_flag=1&&empty 时，仿真结束； 6.在fifo_count值发生变化时，检测empty、full、half三个状态信号是否正 确；当fifo_count=depth时， fast_write=1 ，fast_read=0， filled_flag=1 。
异步fifo原理
异步fifo原理异步FIFO原理解析什么是异步FIFO异步FIFO是一种用于数据接收和发送的电子元件，它按照先入先出（FIFO）的原则处理数据。
它被广泛应用于数字电子系统中的数据缓冲、通信和存储等领域。
异步FIFO的原理异步信号与同步信号的区别1.同步信号：数据的传输采用同一个时钟信号驱动，数据的采样和传输是在时钟的上升沿或下降沿进行的。
2.异步信号：数据的传输不依赖于单一的时钟信号，发出数据的一方和接收数据的一方的时钟信号不一定完全一致。
异步FIFO的工作原理异步FIFO是由两个独立的存储器组成，一个作为数据的写入端，另一个作为数据的读取端。
它们通过一系列的控制信号来实现数据的缓冲和传输。
1.当数据写入FIFO时，写指针会自动递增，将数据写入写指针所指向的位置。
2.当数据读取FIFO时，读指针会自动递增，读取指针所指向的数据，并将其传递给外部。
异步FIFO的数据同步由于不同的时钟信号可能有不同的频率和相位，所以在数据传输过程中，可能会出现时钟抖动或者抖动，导致数据读取错误。
因此，为了保证数据的可靠传输，异步FIFO使用了数据同步机制。
1.FIFO的写指针和读指针都需要采用相关的同步电路，使其与本地时钟信号同步。
2.读指针必须等待写指针来自写入端的下一个时钟周期，并且读指针的启动信号必须与读指针同一时钟周期内变化。
异步FIFO的关键问题异步FIFO在使用过程中，需要注意一些关键问题，以确保数据的正确传输。
数据宽度不兼容在异步FIFO中，写入端和读取端的数据宽度不一定相同。
为了解决这个问题，需要使用数据宽度转换电路，将数据进行格式转换。
读写速度不匹配在数据写入和读取的过程中，写入端和读取端的速度可能不一致。
为了解决这个问题，一种常见的解决方案是使用FIFO深度控制电路，来控制数据的写入和读取速度。
异步FIFO的应用场景异步FIFO主要用于数据缓冲、数据通信以及存储系统等领域。
它在数字电子系统中起到了缓冲数据、数据传输和数据存储的重要作用。
异步FIFO理解
异步FIFO理解⼀、异步FIFO与同步FIFO的区别异步FIFO通常⽤于时钟域的过渡，是双时钟设计，即FIFO⼯作于独⽴的两个时钟之间，也就是读写时钟域不同。
⼆、难点及解决⽅法⼀是如何同步异步信号以及处理亚稳态问题;针对这⼀难点，采⽤的是使⽤格雷码指针和⼆进制指针及握⼿信号。
就是现将写指针同步到读时钟域，读指针同步到写时钟域，然后通过格雷码判断空满。
⼆是如何正确地设计空/满等信号的控制电路。
针对这⼀难点，利⽤读写指针相互⽐较产⽣空/满标志，采⽤两种⽅法来辨别空/满两种状态：⼀种是在读写地址前加⼀位附加位，通过附加位来辨别空/满状态;（本⽂使⽤该种⽅法，其实两种归根结底就是加⼀个标志）另⼀种⽅法是通过划分地址空间来判断。
三、深度的计算⽹上找的⼀个例⼦，⼀个8bit宽的AFIFO，输⼊时钟为100MHz，输出时钟为95MHz，设⼀个package为4Kbit，且两个package之间的发送间距⾜够⼤。
问AFIFO的深度。
burst_length=4K/8=500deep=500-500X95/100 =25四、格雷码和⼆进制码之间的转换1.gray to binalways @ (gray)for(i=0;i<SIZE;i=i+1)bin[i] = bin[i]^(gray>>i)2.bin to grayassign gray = (bin>>1)^bin;五、整体结构图(style #1 if you have saw SNUG user guide)Simulation and Synthesis Techniques for Asynchronous的⽹盘链接链接：/s/1ntsqGjR密码：scfz五、Verilog关键代码//topmodule asyn_fifo(rdata, // Data path from FIFOrempty, // Flag asserted high for empty stackwfull , // Flag asserted high for full stackwdata, // Data path into FIFOwinc,wclk,wrst_n,rinc,rclk,rrst_n);parameter DSIZE = 8;parameter ASIZE = 4;output [DSIZE -1 : 0] rdata;output rempty, wfull;input [ASIZE -1 : 0] wdata;input winc,wclk,wrst_n;input rinc,rclk,rrst_n;wire [ASIZE-1:0] waddr, raddr;wire [ASIZE:0] wptr, rptr, wq2_rptr, rq2_wptr;sync_r2w i_sync_r2w (.wq2_rptr(wq2_rptr), .rptr(rptr),.wclk(wclk), .wrst_n(wrst_n)); sync_w2r i_sync_w2r (.rq2_wptr(rq2_wptr), .wptr(wptr),.rclk(rclk), .rrst_n(rrst_n)); fifomem #(DSIZE, ASIZE) i_fifomem(.rdata(rdata), .wdata(wdata),.waddr(waddr), .raddr(raddr),.wclken(winc), .wfull(wfull),.wclk(wclk));rptr_empty #(ASIZE) i_rptr_empty(.rempty(rempty),.raddr(raddr),.rptr(rptr), .rq2_wptr(rq2_wptr),.rinc(rinc), .rclk(rclk),.rrst_n(rrst_n));wptr_full #(ASIZE) i_wptr_full(.wfull(wfull), .waddr(waddr),.wptr(wptr), .wq2_rptr(wq2_rptr),.winc(winc), .wclk(wclk),.wrst_n(wrst_n));endmodule//read to writemodule sync_r2w#(parameter ADDRSIZE = 4)(output reg [ADDRSIZE:0] wq2_rptr,input [ADDRSIZE:0] rptr,input wclk, wrst_n);reg [ADDRSIZE:0] wq1_rptr;always @(posedge wclk or negedge wrst_n)if (!wrst_n)wq1_rptr <= 0;else wq1_rptr <= rptr;always @(posedge wclk or negedge wrst_n)if (!wrst_n)wq2_rptr <= 0;else wq2_rptr <= wq1_rptr;endmodule//write fullmodule wptr_full#(parameter ADDRSIZE = 4)(output reg wfull,output [ADDRSIZE-1:0] waddr,output reg [ADDRSIZE :0] wptr,input [ADDRSIZE :0] wq2_rptr,input winc, wclk, wrst_n);reg [ADDRSIZE:0] wbin;wire [ADDRSIZE:0] wgraynext, wbinnext;// GRAYSTYLE2 pointeralways @(posedge wclk or negedge wrst_n)if (!wrst_n) {wbin, wptr} <= 0;else {wbin,wptr } <= {wbinnext, wgraynext};// Memory write-address pointer (okay to use binary to address memory)assign waddr = wbin[ADDRSIZE-1:0];assign wbinnext = wbin + (winc & ~wfull);assign wgraynext = (wbinnext>>1) ^ wbinnext;//------------------------------------------------------------------assign wfull_val = (wgraynext=={~wq2_rptr[ADDRSIZE:ADDRSIZE-1],wq2_rptr[ADDRSIZE-2:0]});always @(posedge wclk or negedge wrst_n)if (!wrst_n) wfull <= 1'b0;else wfull <= wfull_val;endmodulemodule fifomem #(parameter DATASIZE = 8, // Memory data word widthparameter ADDRSIZE = 4) // Number of mem address bits(output [DATASIZE-1:0] rdata,input [DATASIZE-1:0] wdata,input [ADDRSIZE-1:0] waddr, raddr,input wclken, wfull, wclk);reg [DATASIZE-1:0] mem[15:0];asign rdata = mem[raddr];always @(posedge wclk)if (wclken && !wfull) mem[waddr] <= wdata; endmodule。
FIFO的定义与作用
FIFO的定义与作用一、先入先出队列(First Input First Output，FIFO)这是一种传统的按序执行方法，先进入的指令先完成并引退，跟着才执行第二条指令。
1．什么是FIFO？FIFO是英文First In First Out 的缩写，是一种先进先出的数据缓存器，他与普通存储器的区别是没有外部读写地址线，这样使用起来非常简单，但缺点就是只能顺序写入数据，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。
2．什么情况下用FIFO？FIFO一般用于不同时钟域之间的数据传输，比如FIFO的一端时AD数据采集，另一端时计算机的PCI总线，假设其AD采集的速率为16位100K SPS，那么每秒的数据量为100K×16bit=1.6Mbps,而PCI总线的速度为33MHz，总线宽度32bit,其最大传输速率为1056Mbps,在两个不同的时钟域间就可以采用FIFO来作为数据缓冲。
另外对于不同宽度的数据接口也可以用FIFO，例如单片机位8位数据输出，而DSP可能是16位数据输入，在单片机与DSP连接时就可以使用FIFO来达到数据匹配的目的。
3．FIFO的一些重要参数FIFO的宽度：也就是英文资料里常看到的THE WIDTH，它只的是FIFO一次读写操作的数据位，就像MCU有8位和16位，ARM 32位等等，FIFO的宽度在单片成品IC中是固定的，也有可选择的，如果用FPGA自己实现一个FIFO，其数据位，也就是宽度是可以自己定义的。
FIFO的深度：THE DEEPTH，它指的是FIFO可以存储多少个N位的数据（如果宽度为N）。
如一个8位的FIFO，若深度为8，它可以存储8个8位的数据，深度为12 ，就可以存储12个8位的数据，FIFO的深度可大可小，个人认为FIFO深度的计算并无一个固定的公式。
在FIFO实际工作中，其数据的满/空标志可以控制数据的继续写入或读出。
FIFO深度的解释
深入理解FIFO（包含有FIFO深度的解释）FIFO：一、先入先出队列(First Input First Output，FIFO)这是一种传统的按序执行方法，先进入的指令先完成并引退，跟着才执行第二条指令。
1．什么是FIFOFIFO是英文First In First Out 的缩写，是一种先进先出的数据缓存器，他与普通存储器的区别是没有外部读写地址线，这样使用起来非常简单，但缺点就是只能顺序写入数据，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。
2．什么情况下用FIFOFIFO一般用于不同时钟域之间的数据传输，比如FIFO的一端时AD数据采集，另一端时计算机的PCI总线，假设其AD采集的速率为16位 100K SPI，那么每秒的数据量为100K×16bit=,而PCI总线的速度为33MHz，总线宽度32bit,其最大传输速率为1056Mbps,在两个不同的时钟域间就可以采用FIFO来作为数据缓冲。
另外对于不同宽度的数据接口也可以用FIFO，例如单片机位8位数据输出，而DSP 可能是16位数据输入，在单片机与DSP连接时就可以使用FIFO来达到数据匹配的目的。
3．FIFO的一些重要参数FIFO的宽度：也就是英文资料里常看到的THE WIDTH，它只的是FIFO一次读写操作的数据位，就像MCU有8位和16位，ARM 32位等等，FIFO的宽度在单片成品IC中是固定的，也有可选择的，如果用FPGA自己实现一个FIFO，其数据位，也就是宽度是可以自己定义的。
FIFO的深度：THE DEEPTH，它指的是FIFO可以存储多少个N位的数据（如果宽度为N）。
如一个8位的FIFO，若深度为8，它可以存储8个8位的数据，深度为12 ，就可以存储12个8位的数据，FIFO的深度可大可小，个人认为FIFO深度的计算并无一个固定的公式。
在FIFO实际工作中，其数据的满/空标志可以控制数据的继续写入或读出。
同步FIFO
读和写的使能
如果系统reset后，读写使能同时有效，这 时RAM输出的数据并不是输入的数据。
如果读写地址不同，读写使能同为1时，读 不会延迟两个clock。 用这种方法可以处理这种情况。
FIFO的模块端口
FIFO 内部结构图
CONTROL的结构
THE END
FIFO 存储器主要分为基于移位寄存器型和 基于 RAM 型。而 RAM 型的又有单口 RAM 和双口 RAM 之分，目前来说用的较为广泛 的是基于双端口 RAM 的 FIFO。下面给大家 介绍的就是基于双端口 RAM 的 FIFO。
FIFO的模块端口
双口 RAM
在介绍FIFO原理之前先给大家说说双口RAM， 因为FIFO的主要功能就是对RAM的控制，产生 空满信号。 双口RAM指的就是带读和写地址、使能端的存 储器。
什么叫synchronous FIFO
Synchronous FIFO 同步FIFO 前面介绍的功能主要讲的是异步的FIFO。 同步指的是读和写都在一个clock下工作。 显然异步FIFO就是指不在同一个clock下工 FIFO clock 作的。这里不作描述。 ☀读写在同一时钟下叫同步，不同时钟叫异 步。
空满信号的判断
通过比较读写指针信号可以判断FIFO的空 满状态。 当读指针和写指针相等时,FIFO 可能处于满 状态或空状态。
空满信号的简单示意图
如何判断是空是满呢？
可以用不同的方法判断是写指针从后面追 上了读指针还是读指针从后面追上了写指 针。本文所应用的方法是分别将读/写地址 寄存器扩展一位,将最高位设置为状态位,其 余低位作为地址位,指针由地址位以及状态 位组成。首先把读、写状态位全部复位， 如果地址循环了奇数次，则状态位置1，偶 数次则又重新复位，应用地址位和状态位 的结合实现对空、满标志位的控制。当读 写指针的地址位和状态位全部吻合的时候, 读写指针经历了相同次数的循环移动,也就 是说,FIFO 处于空状态;如果读写指针的地址 位相同而状态位相反,写指针比读指针多循 环一次,标志FIFO处于满状态。
怎么用Verilog语言描述同步FIFO和异步FIFO
怎么⽤Verilog语⾔描述同步FIFO和异步FIFO感谢知乎龚⼤佬打杂⼤佬⽹上⼏个nice的博客（忘了是哪个了。
）前⾔虽然FIFO都有IP可以使⽤，但理解原理还是⾃⼰写⼀个来得透彻。
什么是FIFO？Fist in first out。
先⼊先出的数据缓存器，没有外部读写地址线，可同时读写。
规则：永远不要写⼀个已经写满了的fifo。
永远不要读⼀个读空了的fifo。
FIFO种类？同步FIFO和异步FIFO。
同步FIFO只有⼀个时钟，也就是说写端和读端的时钟是⼀⽑⼀样的。
异步FIFO读端和写端两个时钟则是不⼀样的。
包括同频异相，异频异相。
FIFO⽤途？1. 数据缓冲器。
⽐如你写端burst⼀个数据，没有fifo缓冲的话就炸了。
Fifo会把写端的突发数据吃到肚⼦⾥，读端可以慢慢的⼀个个读出来。
2. 跨时钟域。
异步fifo主要使⽤在不同时钟域的边缘，⽤来同步数据到另⼀个时钟域。
3.ALTERA FIFO IP 的缺点是什么？虽然altera贴⼼的提供了FIFO的IP块，但是对于可移植性与⾃定义位宽深度更好的话，还是⾃⼰写的更佳。
FIFO深度如何计算？（避免溢出）对于异步fifo，如果读时钟⼤于写时钟且每个周期读写，那么⼀定是会读空的，反之⼀定会被写满。
⼀般来说，不会设计这么⽆聊的东西。
假设写端有突发的数据，⽽读端是均匀的读出，怎么保证fifo不溢出呢？异步FIFO快转慢的问题：可能采样踩不到某些值。
同步FIFO：当缓冲器使⽤，可以⽤ram资源搭。
原理图：信号定义：clk：时钟信号rst_n：异步复位信号wr：写请求rd：读请求data：数据输⼊q：数据输出full：满信号，表⽰fifo吃饱了empty：空信号，表⽰fifo肚⼦已经空掉了usedw：表⽰fifo中已有的数据个数仿真：没有usedw款：有usedw款：资源使⽤量：如何设计⼀个异步FIFO？⼀般⽤作跨时钟域，可⽤ram搭。
判断读空与写满，读写指针要跨时钟域，所以采⽤格雷码减少亚稳态。
同步FIFO和异步FIFO的Verilog实现
FIFO是英文First In First Out 的缩写，是一种先进先出的数据缓存器，他与普通存储器的区别是没有外部读写地址线，这样使用起来非常简单，但缺点就是只能顺序写入数据，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，比如FIFO的一端是AD 数据采集，另一端是计算机的PCI总线，假设其AD采集的速率为16位100K SPS，那么每秒的数据量为100K×16bit=1.6Mbps,而PCI总线的速度为33MHz，总线宽度32bit,其最大传输速率为1056Mbps,在两个不同的时钟域间就可以采用FIFO来作为数据缓冲。
另外对于不同宽度的数据接口也可以用FIFO，例如单片机位8位数据输出，而DSP 可能是16位数据输入，在单片机与DSP连接时就可以使用FIFO来达到数据匹配的目的。
FIFO的分类根据FIFO工作的时钟域，可以将FIFO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。
FIFO设计的难点在于怎样判断FIFO的空/满状态。
为了保证数据正确的写入或读出，而不发生益处或读空的状态出现，必须保证FIFO在满的情况下，不能进行写操作。
在空的状态下不能进行读操作。
怎样判断FIFO的满/空就成了FIFO设计的核心问题。
.............................................................................................................. ...........................同步FIFO的Verilog代码之一在modlesim中验证过。
/******************************************************A fifo controller verilog description.******************************************************/module fifo(datain, rd, wr, rst, clk, dataout, full, empty);input [7:0] datain;input rd, wr, rst, clk;output [7:0] dataout;output full, empty;wire [7:0] dataout;reg full_in, empty_in;reg [7:0] mem [15:0];reg [3:0] rp, wp;assign full = full_in;assign empty = empty_in;// memory read outassign dataout = mem[rp];// memory write inalways@(posedge clk) beginif(wr && ~full_in) mem[wp]<=datain;end// memory write pointer incrementalways@(posedge clk or negedge rst) beginif(!rst) wp<=0;else beginif(wr && ~full_in) wp<= wp+1'b1;endend// memory read pointer incrementalways@(posedge clk or negedge rst)beginif(!rst) rp <= 0;else beginif(rd && ~empty_in) rp <= rp + 1'b1;endend// Full signal generatealways@(posedge clk or negedge rst) beginif(!rst) full_in <= 1'b0;else beginif( (~rd && wr)&&((wp==rp-1)||(rp==4'h0&&wp==4'hf))) full_in <= 1'b1;else if(full_in && rd) full_in <= 1'b0;endend// Empty signal generatealways@(posedge clk or negedge rst) beginif(!rst) empty_in <= 1'b1;else beginif((rd&&~wr)&&(rp==wp-1 || (rp==4'hf&&wp==4'h0)))empty_in<=1'b1;else if(empty_in && wr) empty_in<=1'b0;endendendmodule.............................................................................................................. .............同步FIFO的Verilog代码之二这一种设计的FIFO，是基于触发器的。
异步fifo时序约束
异步FIFO时序约束在数字电路设计中，异步FIFO（First-In First-Out）是一种常见的同步和异步信号之间的缓冲器。
由于FIFO是在不同的时钟域上操作，因此需要考虑时序约束以确保数据正确传输。
本文将介绍异步FIFO的时序约束及其重要性。
一、异步FIFO简介异步FIFO是一种存储器，它可以在不同的时钟域上读写数据。
在数字电路设计中，FIFO被广泛应用于解决不同时钟域之间的数据传输问题。
由于异步FIFO 涉及跨时钟域的操作，因此需要特别注意时序约束，以避免数据冲突和亚稳态问题。
二、异步FIFO时序约束异步FIFO的时序约束主要包括以下几个方面：1.读/写时钟域的约束：为了保证数据的正确传输，读/写时钟域必须满足一定的时序要求。
具体来说，写时钟域的频率应该高于读时钟域的频率，以避免数据在FIFO中溢出。
同时，两个时钟域之间的相位差也应该控制在一定的范围内，以避免数据读写时出现冲突。
2.读/写指针的约束：读/写指针是FIFO中用于追踪读写位置的变量。
为了保证数据的正确读写，读/写指针必须满足一定的时序要求。
具体来说，写指针的更新应该发生在写时钟域的上升沿，而读指针的更新应该发生在读时钟域的上升沿。
这样可以确保在正确的时钟周期内进行数据读写操作。
3.数据有效性的约束：由于异步FIFO涉及跨时钟域的操作，因此需要考虑数据的有效性。
具体来说，当读指针小于写指针时，FIFO中的数据是有效的；而当读指针大于或等于写指针时，FIFO中的数据是无效的。
因此，需要根据实际情况对数据的读写进行控制，以确保数据的正确性。
4.空/满标志的约束：空/满标志是用于指示FIFO是否为空或满的标志位。
为了保证数据的正确传输，空/满标志必须满足一定的时序要求。
具体来说，当FIFO为空或满时，相应的标志位应该被及时更新；而当FIFO不为空或满时，相应的标志位应该保持不变。
这样可以确保在正确的时钟周期内进行数据读写操作。
三、结论异步FIFO时序约束是数字电路设计中需要考虑的重要问题之一。
一同步FIFO的意思是说FIFO的读写时钟是同一个时钟不
一、同步FIFO的意思是说FIFO的读写时钟是同一个时钟，不同于异步FIFO，异步FIFO的读写时钟是完全异步的。
同步FIFO的对外接口包括时钟，清零，读请求，写请求，数据输入总线，数据输出总线，空以及满信号。
下面分别对同步FIFO的对外接口信号作一描述：1．时钟，输入，用于同步FIFO的读和写，上升沿有效；2．清零，输入，异步清零信号，低电平有效，该信号有效时，FIFO被清空；3．写请求，输入，低电平有效，该信号有效时，表明外部电路请求向FIFO写入数据；4．读请求，输入，低电平有效，该信号有效时，表明外部电路请求从FIFO中读取数据；5．数据输入总线，输入，当写信号有效时，数据输入总线上的数据被写入到FIFO中；6．数据输出总线，输出，当读信号有效时，数据从FIFO中被读出并放到数据输出总线上；7．空，输出，高电平有效，当该信号有效时，表明FIFO中没有任何数据，全部为空；8．满，输出，高电平有效，当该信号有效时，表明FIFO已经满了，没有空间可用来存贮数据。
使用VHDL描述的FIFO将以上面的接口为基础，并且可以参数化配置FIFO 的宽度和深度。
二、同步FIFO内部通过控制电路和RAM实现，控制电路主要包括写指针管理电路，读指针管理电路，以及FIFO状态判断电路，对于同步FIFO来讲，读和写的指针管理电路实际上就是二进制计数器。
现在的FPGA都具有Block RAM，通过VHDL描述可以对其进行调用，为了能够实现任意深度和宽度的FIFO，那么在用VHDL描述RAM的时候需要使用generic 使得RAM的调用能够参书化。
同样，对于读写指针计数器，也需要参数化的描述方法。
下面主要对FIFO的状态判断如何判断进行一些说明。
假设宽度任意而深度为8的FIFO，当读指针read_pointer和写指针write_pointer的值一样的时候，很显然，这时FIFO的状态为空。
比较麻烦的是对FIFO是否已经满的状态的判断，因为存在两种情况，第一种情况时写指针write_pointer比读指针read_pointer 大，比如writer_pointer = 7而read_pointer = 0，还有一种情况时写指针writer_pointer比读指针read_pointer小，比如writer_pointer = 2而read_pointer = 3。
FPGA中同步FIFO的使用小结
FPGA中同步FIFO的使用小结FPGA中的FIFO，分为同步FIFO，异步FIFO和双向FIFO。
同步FIFO一般用于数据的缓存，异步FIFO一般用于跨时钟域的同步上。
在这里只讨论同步FIFO的使用。
由于课题中要用FPGA做图像处理，生成3*3的模板。
首先我们来分析图像数据的传输方式，线阵CCD1209D为2048个有效像元，经AD采样，每行有2048个图像数据，以串行数据流的形式来传输的，一个时钟周期传输一个像素数据。
图像在交由算法模块处理之前要将得到的串行数据变成并行数据，3*3模板就是一个串并转换模块，串行数据经过此模块后变为并行输出。
在图像处理算法中的实现过程若选用3*3模板，该滑动窗在某一个时刻读取图像的某个像素和其相邻像素，经过相关的处理后，用处理结果取代模板中间位置的像素值并传送到下一个模块。
之后，每校正完一个像素，模板将不断右移或换行，直到将一幅灰度图像的数据阵列中的所有像素全部处理完。
为了使窗中的3行3列共9个像素能够在一个时刻同时输出，便于之后的图像处理算法模块进行流水线处理，在3*3模板的硬件设计中，将采用两个FIFO存储器linebuffer1和linebuffer2。
其中FIFO地址宽度为图像宽度，这样每个FIFO正好可以存储一行图像数据。
模板生成模块的设计框图如下图所示：这里我们要用到FPGA中的同步FIFO去做linebuffer。
选用V erilog HDL语言。
下面介绍使用Quartus II 9.0中的宏模块生成FIFO的过程：第一步，选megafunctions -> lmp_fifo –> storage ->然后点OK，接着，选V erilog语言，点下一步接着下一步，在此处可选择设置如果你前面选择了同步FIFO，那么这一步你需要设置FIFO的握手信号与状态信号有full(满），empty（空）,almostfull（几乎满）,almostempty（几乎空）,Asynchronous clear（异步清零），如果你选择了异步FIFO，那么在读与写两边就要单独设置，读写两边均有full, empty, usedwide(使用深度）3个信号。
信号跨时钟域的几种方法
在数字电路中，信号跨越不同时钟域时可能会引起时序问题。
以下是处理信号跨时钟域的几种常见方法：1. **双同步FIFO（First-In-First-Out）：**- 使用双口RAM实现的FIFO，一个端口用于每个时钟域，允许数据在两个时钟域之间进行安全的同步传输。
- 数据从一个时钟域写入FIFO，在另一个时钟域被读取。
这样可以避免直接跨越时钟域传输信号，减少时序问题。
2. **同步器（Synchronizer）：**- 使用两个触发器（寄存器）级联，将信号从一个时钟域同步到另一个时钟域。
第一个触发器使用源时钟域的时钟，第二个触发器使用目标时钟域的时钟。
- 这种方法可以帮助减少时序问题，但需要注意，过多的级联同步器可能会引入潜在的冒险条件和时序不确定性。
3. **双触发器同步器（Dual-Flip-Flop Synchronizer）：**- 这种同步器使用两个同步器，但其中一个同步器的时钟源于目标时钟域的时钟。
- 这种方法可以提供更好的稳定性和抖动抑制。
4. **手动握手协议（Handshaking Protocols）：**- 在两个时钟域之间建立一种通信协议，通过在数据传输前后进行握手来确保数据的正确性和同步性。
- 这种方式可以通过协议规定好的状态转换确保数据在不同时钟域之间的有效传输。
5. **异步FIFO：**- 异步FIFO允许在不同时钟域之间传输数据，不过需要特殊的异步FIFO设计，通常会引入更复杂的电路结构。
在处理信号跨时钟域时，确保采用合适的方法并考虑到不同时钟域之间的时序关系至关重要。
同时，最好在设计中尽量减少跨时钟域的信号传输，以减少潜在的时序问题。
FIFO的作用
FIFO定义与作用默认分类2009-03-20 10:05:33 阅读217 评论0 字号：大中小FIFO：一、先入先出队列(First Input First Output，FIFO)这是一种传统的按序执行方法，先进入的指令先完成并引退，跟着才执行第二条指令。
1．什么是FIFO？FIFO是英文First In First Out 的缩写，是一种先进先出的数据缓存器，他与普通存储器的区别是没有外部读写地址线，这样使用起来非常简单，但缺点就是只能顺序写入数据，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。
2．什么情况下用FIFO？FIFO一般用于不同时钟域之间的数据传输，比如FIFO的一端时AD数据采集，另一端时计算机的PCI总线，假设其AD采集的速率为16位100K SPS，那么每秒的数据量为100K×16bit=1.6Mbps,而PCI总线的速度为33MHz，总线宽度32bit,其最大传输速率为1056Mbps,在两个不同的时钟域间就可以采用FIFO来作为数据缓冲。
另外对于不同宽度的数据接口也可以用FIFO，例如单片机位8位数据输出，而DSP可能是16位数据输入，在单片机与DSP连接时就可以使用FIFO来达到数据匹配的目的。
3．FIFO的一些重要参数FIFO的宽度：也就是英文资料里常看到的THE WIDTH，它只的是FIFO一次读写操作的数据位，就像MCU有8位和16位，ARM 32位等等，FIFO的宽度在单片成品IC中是固定的，也有可选择的，如果用FPGA自己实现一个FIFO，其数据位，也就是宽度是可以自己定义的。
FIFO的深度：THE DEEPTH，它指的是FIFO可以存储多少个N位的数据（如果宽度为N）。
如一个8位的FIFO，若深度为8，它可以存储8个8位的数据，深度为12 ，就可以存储12个8位的数据，FIFO的深度可大可小，个人认为FIFO深度的计算并无一个固定的公式。
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同步FIFO之VHDL描述同步FIFO的意思是说FIFO的读写时钟是同一个时钟，不同于异步FIFO，异步FIFO的读写时钟是完全异步的。
同步FIFO的对外接口包括时钟，清零，读请求，写请求，数据输入总线，数据输出总线，空以及满信号。
下面分别对同步FIFO的对外接口信号作一描述：1．时钟，输入，用于同步FIFO的读和写，上升沿有效；2．清零，输入，异步清零信号，低电平有效，该信号有效时，FIFO被清空；3．写请求，输入，低电平有效，该信号有效时，表明外部电路请求向FIFO写入数据；4．读请求，输入，低电平有效，该信号有效时，表明外部电路请求从FIFO中读取数据；5．数据输入总线，输入，当写信号有效时，数据输入总线上的数据被写入到FIFO中；6．数据输出总线，输出，当读信号有效时，数据从FIFO中被读出并放到数据输出总线上；7．空，输出，高电平有效，当该信号有效时，表明FIFO中没有任何数据，全部为空；8．满，输出，高电平有效，当该信号有效时，表明FIFO已经满了，没有空间可用来存贮数据。
使用VHDL描述的FIFO将以上面的接口为基础，并且可以参数化配置FIFO的宽度和深度。
先把对外接口描述出来吧。
----------------------------------------------------------------------------------------------------------- Designer : skycanny-- Date : 2007-1-29-- Description : Synchronous FIFO created by VHDLlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity sfifo isgeneric(width : positivedepth : positive);port(clk : in std_logic;rst : in std_logic;wq : in std_logic;rq : in std_logic;data : in std_logic_vector(width - 1 downto 0);q : in std_logic_vector(width - 1 downto 0);empty : out std_logic;full : out std_logic);end entity sfifo;下面的框图主要描述同步FIFO的内部结构，画出框图有助于对电路结构的理解，同样也有助于RTL 代码的编写：异步FIFOFIFO （先进先出队列）是一种在电子系统得到广泛应用的器件，通常用于数据的缓存和用于容纳异步信号的频率或相位的差异。
FIFO的实现通常是利用双口RAM和读写地址产生模块来实现的。
FIFO的接口信号包括异步的写时钟（wr_clk）和读时钟（rd_clk）、与写时钟同步的写有效（wre n）和写数据（wr_data）、与读时钟同步的读有效（rden）和读数据（rd_data）。
为了实现正确的读写和避免FIFO的上溢或下溢，通常还应该给出与读时钟和写时钟同步的FIFO的空标志（emp ty）和满标志（full）以禁止读写操作。
1 异步FIFO功能描述图1给出了FIFO的接口信号和内部模块图。
由图1可以看出，写地址产生模块根据写时钟和写有效信号产生递增的写地睛，读地址产生模块根据读时钟和读有效信号产生递增的读地址。
FIFO的操作如下：在写时钟wr_clk的升沿，当wre n有效时，将wr_data写入双口RAM中写地址对应的位置中；始终将读地址对应的双口RAM中的数据输出到读数据总线上。
这样就实现了先进先出的功能。
写地址产生模块还根据读地址和写地址关系产生FIFO的满标志。
当wren有效时，若写地址+2 =读地址时，full为1；当wren无效时，若写地址+ 1=读地址时，full为1。
读地址产生模块还根据读地址和写地址的差产生FIFO的空标志。
当rden有效时，若写地址-1=读地址时，empty为1；当rden无效时，若写地址=读地址时，empty为1。
按照以上方式产生标志信号是为了提前一个时钟周期产生对应的标志信号。
由于空标志和满标志控制了FIFO的操作，因此标志错误会引起操作的错误。
如上所述，标志的产生是通过对读写地址的比较产生的，当读写时钟完全异步时，对读写地址进行比较时，可能得出错误的结果。
例如，在读地址变化过程中，由于读地址的各位变化并不同步，计算读写地址的差值，可能产生错误的差值，导致产生错误的满标志信号。
若将未满标志置为满标志时，可能降低了应用的性能，降低写数据速率；而将满置标志置为未满时，执行一次写操作，则可能产生溢出错误，这对于实际应用来说是绝对应该避免的。
空标志信号的产生也可能产生类似的错误。
2 异步FIFO的改进设计从以上分析中可以看出，异步FIFO之所以会发生错误是国为在地址变化时，由于多位地址各位变化时间不同，异步时钟对其进行采样时数值可能为不同于地址变化丧后数值的其他值，异步产生错误的空标志和满标志，以致于产生FIFO的操作错误。
格雷码是一种在相邻计数值之间只有一位发生变化的编码方式。
可以看出，若读写地址采用格雷码编码方式，就可以解决上面的问题。
为了应用的灵活，还增加了两个标志信号，将满（almosf_full）标志和空（almost_empty）标志分别定义如下：当写地址与读地址的距离小于某个预先定义数值时，almost_full为1；当读地址与写地址的距离小于这个预先定义的数值时，almost_empty为1。
3 异步FIFO的VHDL实现硬件描述语言VHDL（Very-high speed IC Hardware Description Language）是一种应用于电路设计的高层次描述语言，具有行为级、寄存器传输级和门级等多层次描述，并且具有简单、易读、易修改和与工艺无关等优点。
目前VHDL语言已经得到多种EDA工具的支持，综合工具得到迅速发展，VHDL语言的行为级综合也已经得到支持和实现，因此利用VHDL语言进行电路设计可以节约开发成本和周期。
首先给出格雷码和普通自然码之间的转换模块的VHDL程序。
程序1：自然码码到格雷码的转换程序entity norm_to_gery isgeneric(width:integer:=8);port(din:in std_logic_vector(width-1 downto 0);dout:out std_logic_vector(width-1 downto 0);end norm_to_grey;architecture norm_to_grey of norm_to_grey is begin dout<=din xor('0' & din(width-1 downto 1));end norm_to_grey;程序2：格雷码到自然码的转换程序process(din)variable tempd:std_logic;beginfor i in width-1 downto 0 loop tempd:='0';for j in width-1 downto i loop tempd:=tempd xor din(j); end loop;dout(i)<=tempd;end loop;end process;在给出异步FIFO的VHDL程序之前，先给出一些内部信号的解释：wadd ——自然码写地址wadd_grey ——格雷码写地址wr_radd_grey ——写时钟采样的格雷码读地址wr_radd ——写时钟采样的自然码读地址almost_length ——产生将满和将空标志的予定义读写地址差值程序3：写地址产生模块，此程序同时产生写地址的自然码和格雷码waddp<=wadd+1;u1:norm_to_greyport map(waddp,wadd_grey_temp);wadd_process:process(clr,wr_clk)beginif clr='0'thenwadd<=(others=>'0');wadd_grey<=(others=>'0');elsif wr_clk'event and wr_clk='1'thenif wren='1'thenwadd<=waddp;wadd_grey<=wadd_grey_temp;end if;end if;end process;程序4：满标志和满标志产生模块，以8位地址为例。
u2:grey_to_normport map(wr_radd_grey,wr_radd_temp); process(clr,wr_clk～beginif clr='0'thenwr_radd_grey<=(others=>'0');wr_radd<=(Others=>'0')elsif wr_clk'event and wr_clk='1'thenwr_radd_grey<=radd_grey;wr_radd<=wr_radd_temp;end if;end process;wr_compare<=wadd-wr_radd;full_process:process(clr,wr_clk)beginif clr='0'thenfull<='0'；elsif wr_clk'event and wr_clk='1'thenif(wren='1')thenif wr_compare="11111110"then full<='1';else full<='0';end if;elseif wr_compare="11111111"then full<='1';else full<='0';end if;end if;end if;end process;almost_full_process:process(clr,wr_clk)beginif clr='0' thenalmost_full<='0';elsif wr_clk'event and wr_clk='1'thenif(wren='1')thenif wr_compare>("11111110"-almost_length)then almost_full<='1'; else almost_full<='0';end if;elseif wr_compare>("11111111"-almost_length)then almost_full<='1'; else almost_full<='0';end if;end if;end if;end process;读地址的产生模块和空标志及空标志的产生模块与写地址模块类似。