FIFO IP核使用的注意事項(xiàng)有哪些

前言

FIFO？還是FIFO IP核？這也需要寫總結(jié)嗎？太容易了吧。如果我是一個(gè)正在處于面試找工作中的年輕人，肯定關(guān)注的是如何手撕FIFO，這也是當(dāng)時(shí)校招時(shí)候干過的事情。但是作為一個(gè)FPGA工程師，我們更常使用的是FIFO的IP核，或者必然使用的是FIFO IP核，簡單快捷優(yōu)化。使用FIFO IP核的時(shí)候，或者設(shè)計(jì)電路使用FIFO IP的時(shí)候，對(duì)于新手或者不是精通的情況下，個(gè)人建議一點(diǎn)是對(duì)自己定制的FIFO仿真一下（或者嚴(yán)格遵守?cái)?shù)據(jù)手冊(cè)），做到時(shí)序關(guān)系清晰后，再設(shè)計(jì)電路。注意：不要不屑于此！

下面講解幾點(diǎn)關(guān)于FIFO IP核使用時(shí)的注意事項(xiàng)，想到哪里到哪里!

位寬轉(zhuǎn)換

分布式ram資源的FIFO不能變換位寬

 

 

Block RAM資源可以變化位寬

 

 

Builtin FIFO資源不能變化位寬

FIFO 安全電路

FIFO定制頁面存在一個(gè)Enable Safety Circuit，如下：

選擇此選項(xiàng)，存在兩個(gè)額外輸出信號(hào)：

如果不選擇Enable Safety Circuit，則不存在這兩個(gè)信號(hào)輸出：

 

此選項(xiàng)僅僅針對(duì)基于Bram資源的FIFO定制，如果使用分布式RAM資源，則不可選擇：

同理Builtin FIFO資源的FIFO也不可選擇。

假如使用的是此Block RAM資源的FIFO，選擇此信號(hào)，有什么作用呢？多出來的兩個(gè)信號(hào)是什么意思？有什么用途？筆者曾在仿真中犯過一個(gè)錯(cuò)誤，就是在復(fù)位后的幾個(gè)時(shí)鐘直接給寫使能，可是怎么寫也寫不進(jìn)去數(shù)據(jù)，后來發(fā)現(xiàn)是wr_rst_busy處于高電平狀態(tài)，自然是不能寫的。所以判斷寫使能有效，可以將此信號(hào)作為判斷條件之一，如果該信號(hào)為高，則不能寫入。

這就引發(fā)一個(gè)疑問？既然存在這樣一個(gè)問題，那么多久之后才能對(duì)FIFO寫入數(shù)據(jù)呢？那就要看復(fù)位無效之后多久這個(gè)信號(hào)才能被拉低，且仿真看看：可見，大概20多個(gè)時(shí)鐘周期之后，這個(gè)信號(hào)就拉低無效了。這樣會(huì)不會(huì)對(duì)我們使用FIFO有影響呢？可以想象下20多個(gè)時(shí)鐘才多長時(shí)間，周期ns級(jí)別，況且寫使能可以以此信號(hào)作為寫使能有效條件，因此可以很容易規(guī)避這個(gè)問題，這里列出來的原因就是為了仿真時(shí)候，如果遇到了寫不進(jìn)去的情況時(shí)，考慮下這個(gè)問題，以免莫名其妙，百思不得其解。

Xilinx對(duì)安全電路的使用還有一條建議，就是選擇異步復(fù)位時(shí)，有可能導(dǎo)致BRAM數(shù)據(jù)的損壞，此時(shí)推薦使用安全電路。

對(duì)于異步FIFO而言，好像也只能使用異步復(fù)位，這就更有必要性了。

FIFO消耗資源

定制FIFO消耗資源與使用什么資源生成FIFO有關(guān)，對(duì)于Block RAM資源的FIFO使用的自然是Block RAM資源，7系列的用于生成FIFO的Block RAM資源大小有兩種，18Kbit以及36Kbit兩種，一般默認(rèn)bit，可以說是18K以及36K。

FIFO位寬乘深度小于18K，自然是使用了一個(gè)18K的Bram，如下：

 

使用Block RAM資源：

大于18K的自然是一個(gè)36KBlock RAM：

 

使用BRAM資源：

 

大于36K，情況多變，是18K以及36K的組合：

輸出延遲

Read Latency為1的含義

使用分布式RAM資源以及Block RAM資源的FIFO可以選擇輸出寄存器打拍一次，這樣自然Read Latency為2，使用Builtin FIFO資源無法選擇輸出寄存器打拍。

 

 

假如都不寄存器輸出，即輸出不寄存一拍，那么這里的Read Latency = 1具體是什么含義呢？我想時(shí)序圖最能說明一切：

 

實(shí)際仿真看一下：FIFO IP生成總結(jié)：

 

因此如果需要使用rd_data數(shù)據(jù)的話，需要對(duì)讀使能延遲一拍，判斷rd_en_r1有效時(shí)使用讀數(shù)據(jù)的實(shí)際值：

 

Read Latency為2的含義

知道了Read Latency為1的含義，為2的情況自然很容易理解，在添加了寄存器輸出的時(shí)候，就會(huì)使得Read Latency為2，如下：

 

同樣仿真實(shí)現(xiàn)下：

 

FIFO 讀寫計(jì)數(shù)器的含義

在FIFO定制頁面有如下選擇：Write Data Count，Read Data Count這兩個(gè)選擇，是什么意思呢？

那我們寫進(jìn)去一個(gè)數(shù)據(jù)，看看兩者數(shù)據(jù)的變化：

寫計(jì)數(shù)器

 

從寫計(jì)數(shù)有效開始，延遲一個(gè)時(shí)鐘，計(jì)數(shù)器值更新為1，意思就是寫入了一個(gè)數(shù)據(jù)；注意：我們?cè)趯?shí)際使用FIFO輸出參數(shù)之前，一定要仿真看下時(shí)序關(guān)系，以防用錯(cuò)。

我們嘗試寫入兩個(gè)數(shù)據(jù)，來驗(yàn)證下這種關(guān)系：

 

關(guān)系一致。

讀計(jì)數(shù)器

讀計(jì)數(shù)器的含義是FIFO內(nèi)部存放了多少數(shù)據(jù)？但這個(gè)數(shù)據(jù)的更新需要一定的時(shí)間，例如：

數(shù)據(jù)的更新需要至少4個(gè)讀時(shí)鐘周期，因此，這個(gè)數(shù)據(jù)我們不能寫入之后立即使用；這個(gè)延遲是異步FIFO內(nèi)部跨時(shí)鐘域的結(jié)果。

注意：使用FIFO IP核內(nèi)部輸出信號(hào)的時(shí)候，保險(xiǎn)起見，需要自己仿真下，認(rèn)識(shí)下時(shí)序關(guān)系后再設(shè)計(jì)電路。

例如寫入了兩個(gè)數(shù)據(jù)，之后又讀出了一個(gè)，那這個(gè)值最終一定是1；

 

仿真驗(yàn)證了這個(gè)結(jié)果。

上面說了這些情況，其實(shí)都在數(shù)據(jù)手冊(cè)中有體現(xiàn)，但是對(duì)于一個(gè)FIFO，大家都傾向于直接使用，不屑于看數(shù)據(jù)手冊(cè)，不得不說，這都是年輕氣盛的表現(xiàn)，或者天賦異稟。

因此，對(duì)于這種情況，我們有兩個(gè)選擇：一是看數(shù)據(jù)手冊(cè)；二是自己仿真自己定制的IP核，看清時(shí)序后設(shè)計(jì)電路。