FIFO IP Core

FIFO IP Core

• 先进先出的缓存器
• 常常被用于数据的缓存，或者高速异步数据交互（跨时钟信号传递）
• 和RAM和ROM的区别是没有地址线，无法指定地址

• 写时钟(Write Clock Domain)，读时钟
• 写复位（wr_rst)，读复位，整体复位
• 写使能（wr_en)，读使能
• 写满标志(full)，读空标志(empty)
• almost_full:快要满了，almost_empty:快要空了
• Prog_full:可编程写满，prog_empty:可编程读空（根据自己设置的数据个数拉高或拉低）
• wr_ack：写反馈（对写使能的应答） valid:读出的数据是一个稳定有效的值
• overflow:写溢出 underflow:读空（下溢出）
• wr_data_count: Fifo中储存的写数据的数量 rd_data_count:储存的读数据的数量
• prog_full_thresh_assert: 动态修改prog_full的值
• prog_full_thresh_negate:门限值失效

FIFO IP Core的设置

实验结构：

创建工程和设计文件ip_fifo，添加FIFO IP Core

选择异步时钟的BRAM（这样后面的读写数据量才能设置，同步时钟的默认相等）

设置读写宽度和深度，取消复位引脚

勾选Almost Full Flag & Almost Empty Flag

勾选读写数据量的计数

如何抓取上升沿/下降沿？

信号en: _________|————

reg d0 = en 当前时刻的值

reg d1 = d0 前一时刻的值

当d1 = 0, d0 = 1时 说明是上升沿 == ~d1&d0 为真

当d1 = 1, d0 = 0时 说明是下降沿 == ~d0&d1 为真

写模块 fifo_wr

输入信号：时钟，复位，将空，将满

输出信号：写使能，写数据

module fifo_wr(input clk,input rst,input almost_empty,input almost_full,output reg fifo_wr_en,output reg[7:0] fifo_wr_data);endmodule

抓取almost_empty信号上升沿

reg almost_empty_cur;
reg almost_empty_pre;
wire syn;
// assign 过程赋值，右边的值发送变化会重新赋值
assign syn = ~almost_empty_pre & almost_empty_cur;
always @(posedge clk or posedge rst) beginif(rst) beginalmost_empty_cur <= 1'b0;almost_empty_pre <= 1'b0;endelse beginalmost_empty_cur <= almost_empty;almost_empty_pre <= almost_empty_cur;end
end

不能对数据立刻赋值，fpga内部不一样准备好了，需要延迟等待一段时间，这样的需求可以用状态机完成

状态机

6.3 Verilog 状态机 | 菜鸟教程 (runoob.com)

这里有三个状态，延迟等待10个周期

所以定义：

reg [1:0] state;
reg [3:0] delay_cnt;

状态转换：

// 状态机
reg [1:0] state; 
// 延迟数
reg [3:0] delay_cnt;
always @(posedge clk or posedge rst) beginif(rst) beginfifo_wr_en <= 1'b0;fifo_wr_data <= 8'd0;state <= 2'b0;delay_cnt <= 4'b0;endelse begincase(state)2'd0:beginif(syn) state <= 2'b1;else state <= 2'b0;end2'd1: beginif(delay_cnt == 4'd10) beginfifo_wr_en <= 1'b1;delay_cnt <= 4'd0;state <= 2'd2;endelse delay_cnt <= delay_cnt + 1'b1;end2'd2: beginif(almost_full) beginfifo_wr_en <= 1'b0;fifo_wr_data <= 8'd0;state <= 2'b0;endelse beginfifo_wr_data <= fifo_wr_data + 1'd1;endenddefault:state <= 2'b0;endcaseend
end

读模块fifo_rd

将写模块中的写使能变为读使能

写满判断变为读空判断

去掉写数据

module fifo_rd(input           clk,input           rst,input           almost_empty,input           almost_full,input [7:0]     fifo_rd_data,output reg      fifo_rd_en    );reg almost_full_cur;reg almost_full_pre;wire syn;// assign 过程赋值，右边的值发送变化会重新赋值assign syn = ~almost_full_pre & almost_full_cur;always @(posedge clk or posedge rst) beginif(rst) beginalmost_full_cur <= 1'b0;almost_full_pre <= 1'b0;endelse beginalmost_full_cur <= almost_full;almost_full_pre <= almost_full_cur;endend// 状态机reg [1:0] state; // 延迟数reg [3:0] delay_cnt;always @(posedge clk or posedge rst) beginif(rst) beginfifo_rd_en <= 1'b0;state <= 2'b0;delay_cnt <= 4'b0;endelse begincase(state)2'd0:beginif(syn) state <= 2'b1;else state <= 2'b0;end2'd1: beginif(delay_cnt == 4'd10) begindelay_cnt <= 4'd0;state <= 2'd2;endelse delay_cnt <= delay_cnt + 1'b1;end2'd2: beginif(almost_empty) beginfifo_rd_en <= 1'b0;state <= 2'b0;endelse fifo_rd_en <= 1'b1;enddefault:state <= 2'b0;endcaseendend
endmodule

例化顶层模块 fifo_ip

module ip_fifo(input sys_clk,input sys_rst);wire almost_empty;wire almost_full;wire fifo_wr_en;  wire[7:0] fifo_wr_data;fifo_wr fifo_wr_u(.clk            (sys_clk),        .rst            (sys_rst),.almost_empty   (almost_empty),.almost_full    (almost_full),.fifo_wr_en     (fifo_wr_en), .fifo_wr_data   (fifo_wr_data));wire fifo_rd_en;fifo_rd fifo_rd_u(.clk            (sys_clk),        .rst            (sys_rst),.almost_empty   (almost_empty),.almost_full    (almost_full),.fifo_rd_en     (fifo_rd_en));wire [7:0] dout;wire full;wire empty;wire [7:0] rd_data_count;wire [7:0] wr_data_count;fifo_generator_0 fifo_generator_0_u(.wr_clk(sys_clk),                // input wire wr_clk.rd_clk(sys_clk),                // input wire rd_clk.din(fifo_wr_data),                      // input wire [7 : 0] din.wr_en(fifo_wr_en),                  // input wire wr_en.rd_en(fifo_rd_en),                  // input wire rd_en.dout(dout),                    // output wire [7 : 0] dout.full(full),                    // output wire full.almost_full(almost_full),      // output wire almost_full.empty(empty),                  // output wire empty.almost_empty(almost_empty),    // output wire almost_empty.rd_data_count(rd_data_count),  // output wire [7 : 0] rd_data_count.wr_data_count(wr_data_count)  // output wire [7 : 0] wr_data_count); 
endmodule

约束

set_property -dict { PACKAGE_PIN L16   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { sys_clk }]; #IO_L11P_T1_SRCC_35 Sch=sysclkset_property -dict { PACKAGE_PIN R18   IOSTANDARD LVCMOS33 } [get_ports { sys_rst}];

综合

ILA

10个探针，设置位宽：

例化ILA添加到顶层模块ip_fifo

ila_0 your_instance_name (.clk(sys_clk), // input wire clk.probe0(fifo_wr_en), // input wire [0:0]  probe0  .probe1(fifo_rd_en), // input wire [0:0]  probe1 .probe2(full), // input wire [0:0]  probe2 .probe3(almost_full), // input wire [0:0]  probe3 .probe4(fifo_wr_data), // input wire [7:0]  probe4 .probe5(dout), // input wire [7:0]  probe5 .probe6(rd_data_count), // input wire [7:0]  probe6 .probe7(wr_data_count), // input wire [7:0]  probe7 .probe8(empty), // input wire [0:0]  probe8 .probe9(almost_empty) // input wire [0:0]  probe9
);

下载验证

生成bitstream，连接开发板，观看ila波形