寫(xiě)在前面

? ? ? ? 在這篇文章，默認(rèn)您已經(jīng)對(duì)異步FIFO的設(shè)計(jì)方法有了基本的了解。

????????如果不了解異步FIFO設(shè)計(jì)的基本方法，可參考：異步FIFO的Verilg實(shí)現(xiàn)方法

1、什么是格雷碼（Gray Code）？

????????格雷碼是美國(guó)學(xué)者Frank Gray于1947年提出的一種二進(jìn)制編碼方式，后面這種編碼方式就以他的名字命名。實(shí)際上，格雷碼是有多種編碼形式的。根據(jù)定義，在一組數(shù)的編碼中，若任意兩個(gè)相鄰的代碼只有一位二進(jìn)制數(shù)不同，則稱這種編碼為格雷碼。

? ? ? ? 下表是不同形式的格雷碼：

????????表中典型格雷碼具有代表性。若不作特別說(shuō)明，格雷碼就是指典型格雷碼（后文將簡(jiǎn)稱格雷碼），它可從自然二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換而來(lái)。

? ? ? ? 好了，現(xiàn)在我問(wèn)你，根據(jù)格雷碼的性質(zhì)你能默寫(xiě)出16個(gè)4bit寬度的格雷碼來(lái)嗎？我想一般是比較難的，因?yàn)閱慰可鲜鲂再|(zhì)很難推導(dǎo)出來(lái)。比如說(shuō)，0（0000）可以寫(xiě)出來(lái)，1（0001）也可以寫(xiě)出來(lái)，2（0011）也可以寫(xiě)出來(lái)，但是3就不好寫(xiě)了，因?yàn)楦鶕?jù)只能變化一位的性質(zhì)，可以是0111，也可以是0010，那么到底是哪個(gè)呢？如何不是經(jīng)常使用的話，我想是很難判斷的。

????????所以接下來(lái)就要介紹格雷碼的第二個(gè)性質(zhì)了：當(dāng)?shù)贜位從0變到1的時(shí)候，之后的數(shù)的N-1位會(huì)關(guān)于前半段軸對(duì)稱，而比N位高的位是相同的。

? ? ? ? 我們看一下4bit格雷碼的前四位的例子。示意圖如下：

• 當(dāng)0001跳轉(zhuǎn)到下一位時(shí)，毋庸置疑的是，第0位會(huì)維持1不變，而第1位會(huì)跳轉(zhuǎn)到1，所以可以據(jù)此畫(huà)出對(duì)稱軸
• 高2位（第3、2位）這保持不變
• 低位（該實(shí)例中只有第0位）關(guān)于對(duì)稱軸對(duì)稱

? ? ? ? 有了上述三點(diǎn)信息，那么就可以把剩下的2個(gè)格雷碼寫(xiě)出來(lái)了。

?????????

? ? ? ? 4bit格雷碼的前8位示意圖如下（這我就不啰嗦了，你們肯定看得懂）：

? ? ? ? 格雷碼相關(guān)可參考：Verilog實(shí)現(xiàn)的格雷碼與二進(jìn)制碼的互相轉(zhuǎn)換

2、異步FIFO為什么要使用格雷碼？

? ? ? ? 異步FIFO設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的點(diǎn)是什么？答案是“空”和“滿”的判斷。現(xiàn)在回想一下，我們是如何進(jìn)行狀態(tài)判斷的。很簡(jiǎn)單，分別構(gòu)建讀指針和寫(xiě)指針。寫(xiě)指針總是指向下一個(gè)要寫(xiě)的地址，而讀指針永遠(yuǎn)指向當(dāng)前要讀取的地址。再通過(guò)對(duì)讀、寫(xiě)指針的比較來(lái)判斷空、滿。

? ? ? ? 如上圖的FIFO深度為8，則其地址位寬應(yīng)該是3（2的三次方等于8）。當(dāng)寫(xiě)指針與讀指針都指向同一個(gè)位置（即相同）時(shí)，可能是空狀態(tài)，但也可能是滿狀態(tài)（寫(xiě)指針超過(guò)了讀指針一圈）。（這里說(shuō)句題外話，不可能是讀指針超過(guò)寫(xiě)指針一圈，因?yàn)榈x、寫(xiě)指針第一次相等時(shí)，就應(yīng)該輸出空狀態(tài)，然后停止對(duì)FIFO進(jìn)行讀取操作。）所以，究竟如何判斷FIFO是空還是滿呢？答案是無(wú)法判斷，只能通過(guò)在高位增加一位的方式來(lái)判斷，當(dāng)除了最高位MSB外的其他位都相同，最高位不同時(shí)則表明此時(shí)寫(xiě)指針超過(guò)了讀指針一圈，F(xiàn)IFO被寫(xiě)滿了；當(dāng)除了最高位MSB外的其他位都相同，最高位相同時(shí)則表明此時(shí)寫(xiě)指針等于讀指針，F(xiàn)IFO被讀空了。

? ? ? ? 這種方法用來(lái)對(duì)同步FIFO進(jìn)行判斷是沒(méi)有問(wèn)題的，因?yàn)橥紽IFO的讀、寫(xiě)指針是同一時(shí)鐘域下的信號(hào)，可以直接對(duì)比。但是異步FIFO的讀、寫(xiě)指針是不同時(shí)鐘域下的信號(hào)，如果直接對(duì)比則會(huì)有亞穩(wěn)態(tài)的問(wèn)題。為了對(duì)異步FIFO的讀、寫(xiě)指針進(jìn)行判斷，我們首先需要將其同步到統(tǒng)一的時(shí)鐘域下，而這就引發(fā)出了新的問(wèn)題----讀、寫(xiě)指針在大多數(shù)情況下都不是個(gè)單bit信號(hào)，而是個(gè)多bit信號(hào)。如果讀、寫(xiě)指針直接使用2進(jìn)制的形式進(jìn)行同步，則難以避免同步過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的多個(gè)bit信號(hào)同時(shí)變化的問(wèn)題。如7（0111）跳轉(zhuǎn)到8（1000），此時(shí)有4個(gè)bit信號(hào)都發(fā)生了變化，如果直接同步，則由于不同信號(hào)之間的延遲（skew），可能導(dǎo)致亞穩(wěn)態(tài)、錯(cuò)采、漏采等等問(wèn)題。

? ? ? ? 此時(shí)不妨回想下格雷碼的性質(zhì)：每相鄰位之間只有一個(gè)bit的變化。FIFO的指針是遞增的，這使得在傳輸遞增的多bit信號(hào)時(shí)，格雷碼具有天然的優(yōu)勢(shì)。還是從7到8的例子，若使用格雷碼，則應(yīng)該是7（0100）--8（1100），這樣就只有1個(gè)bit的變化了（最高位），這樣就將多bit信號(hào)的跨時(shí)鐘域轉(zhuǎn)變成了單bit信號(hào)的跨時(shí)鐘域，而單個(gè)bit的跨時(shí)鐘域同步是很好實(shí)現(xiàn)的。

3、讀指針、寫(xiě)指針應(yīng)該被同步到哪個(gè)時(shí)鐘域？

????????異步FIFO的讀、寫(xiě)指針是不同時(shí)鐘域的信號(hào)，那么就不能直接對(duì)比，而是需要將其同步到同一時(shí)鐘域才能進(jìn)行對(duì)比。現(xiàn)在問(wèn)題來(lái)了？指針應(yīng)該被同步到哪個(gè)時(shí)鐘域？可選項(xiàng)有第三方時(shí)鐘域、讀時(shí)鐘域和寫(xiě)時(shí)鐘域。接下來(lái)不妨逐個(gè)分析。

????????首先需要說(shuō)明的是，這說(shuō)的同步都是指使用2個(gè)（或者3個(gè)，但此類情況不多）FF（觸發(fā)器）來(lái)進(jìn)行同步（俗稱“打兩拍”），這種同步方式是有延遲的（時(shí)序開(kāi)銷，可以看做是兩個(gè)目同步時(shí)鐘周期）。

????????第三方時(shí)鐘域：不難知道一個(gè)信號(hào)從一個(gè)時(shí)鐘域同步到另一個(gè)時(shí)鐘域（被同步時(shí)鐘域）是需要時(shí)間的（這里僅考慮從滿到快，也就是暫時(shí)不考慮漏采的問(wèn)題），需要的時(shí)間取決于被同步時(shí)鐘域的周期以及需要同步的個(gè)數(shù)。假設(shè)這個(gè)時(shí)間是T，那么經(jīng)過(guò)T時(shí)間后，由于讀寫(xiě)時(shí)鐘不一致，原來(lái)的讀寫(xiě)時(shí)針增加（也可能不變）的量是不一致。比如說(shuō)實(shí)際上讀寫(xiě)時(shí)針都指向4（且最高位相同），那么這種情況實(shí)際上是出現(xiàn)了讀空的情況。但是同步到第三方時(shí)鐘域后，可能寫(xiě)指針成了6，而讀指針變成了8（讀時(shí)鐘比寫(xiě)時(shí)鐘快），那么在這種情況下FIFO就不會(huì)報(bào)“讀空”，從而造成功能錯(cuò)亂。所以該種方法不可取。

? ? ? ? 同步到寫(xiě)時(shí)鐘域：讀指針同步到寫(xiě)時(shí)鐘域需要時(shí)間T，在經(jīng)過(guò)T時(shí)間后，可能原來(lái)的讀指針會(huì)增加或者不變，也就是說(shuō)同步后的讀指針一定是小于等于原來(lái)的讀指針的。寫(xiě)指針也可能發(fā)生變化，但是寫(xiě)指針本來(lái)就在這個(gè)時(shí)鐘域，所以是不需要同步的，也就意味著進(jìn)行對(duì)比的寫(xiě)指針就是真實(shí)的寫(xiě)指針。

????????????????現(xiàn)在來(lái)進(jìn)行寫(xiě)滿的判斷：也就是寫(xiě)指針超過(guò)了同步后的讀指針一圈。但是原來(lái)的讀指針是大于等于同步后的讀指針的，所以實(shí)際上這個(gè)時(shí)候?qū)懼羔樒鋵?shí)是沒(méi)有超過(guò)讀指針一圈的，也就是說(shuō)這種情況是“假寫(xiě)滿”。那么“假寫(xiě)滿”是一種錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)嗎？答案是NO。前面我們說(shuō)過(guò)異步FIFO設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)是產(chǎn)生合適的“寫(xiě)滿”和“讀空”信號(hào)，那么何謂“合適”？該報(bào)的時(shí)候沒(méi)報(bào)算合適嗎？當(dāng)然不算合適。不該報(bào)的時(shí)候報(bào)了算不算合適？答案是算?？梢韵胂笠幌拢僭O(shè)一個(gè)深度為100的FIFO，在寫(xiě)到第98個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)候就報(bào)了“寫(xiě)滿”，會(huì)引起什么后果？答案是不會(huì)造成功能錯(cuò)誤，只會(huì)造成性能損失（2%），大不了FIFO的深度我少用一點(diǎn)點(diǎn)就是的。事實(shí)上這還可以算是某種程度上的保守設(shè)計(jì)（安全）。

? ? ? ? ????????接著進(jìn)行讀空的判斷：也就是同步后的讀指針追上了寫(xiě)指針。但是原來(lái)的讀指針是大于等于同步后的讀指針的，所以實(shí)際上這個(gè)時(shí)候讀指針實(shí)際上是超過(guò)了寫(xiě)指針。這種情況意味著已經(jīng)發(fā)生了“讀空”，卻仍然有錯(cuò)誤數(shù)據(jù)讀出。所以這種情況就造成了FIFO的功能錯(cuò)誤。

????????同步到讀時(shí)鐘域：?寫(xiě)指針同步到讀時(shí)鐘域需要時(shí)間T，在經(jīng)過(guò)T時(shí)間后，可能原來(lái)的讀指針會(huì)增加或者不變，也就是說(shuō)同步后的寫(xiě)指針一定是小于等于原來(lái)的寫(xiě)指針的。讀指針也可能發(fā)生變化，但是讀指針本來(lái)就在這個(gè)時(shí)鐘域，所以是不需要同步的，也就意味著進(jìn)行對(duì)比的讀指針就是真實(shí)的讀指針。

????????????????現(xiàn)在來(lái)進(jìn)行寫(xiě)滿的判斷：也就是同步后的寫(xiě)指針超過(guò)了讀指針一圈。但是原來(lái)的寫(xiě)指針是大于等于同步后的寫(xiě)指針的，所以實(shí)際上這個(gè)時(shí)候?qū)懼羔樢呀?jīng)超過(guò)了讀指針不止一圈，這種情況意味著已經(jīng)發(fā)生了“寫(xiě)滿”，卻仍然數(shù)據(jù)被覆蓋寫(xiě)入。所以這種情況就造成了FIFO的功能錯(cuò)誤。

? ? ? ? ????????接著進(jìn)行讀空的判斷：也就是讀指針追上了同步后的指針。但是原來(lái)的寫(xiě)指針是大于等于同步后的寫(xiě)指針的，所以實(shí)際上這個(gè)時(shí)候讀指針其實(shí)還沒(méi)有追上寫(xiě)指針，也就是說(shuō)這種情況是“假讀空”。那么“假讀空”是一種錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)嗎？答案是NO。前面我們說(shuō)過(guò)異步FIFO設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)是產(chǎn)生合適的“寫(xiě)滿”和“讀空”信號(hào)，那么何謂“合適”？該報(bào)的時(shí)候沒(méi)報(bào)算合適嗎？當(dāng)然不算合適。不該報(bào)的時(shí)候報(bào)了算不算合適？答案是算。可以想象一下，假設(shè)某個(gè)FIFO，在讀到還剩2個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)候就報(bào)了“讀空”，會(huì)引起什么后果？答案是不會(huì)造成功能錯(cuò)誤，只會(huì)造成性能損失（2%），大不了我先不讀了，等數(shù)據(jù)多了再讀就是的。事實(shí)上這還可以算是某種程度上的保守設(shè)計(jì)（安全）。

? ? ? ? 現(xiàn)在我們可以總結(jié)一下：

• “寫(xiě)滿”的判斷：需要將讀指針同步到寫(xiě)時(shí)鐘域，再與寫(xiě)指針判斷
• “讀空”的判斷：需要將寫(xiě)指針同步到讀時(shí)鐘域，再與讀指針判斷

????????假讀空示意如下：

? ? ? ? 假寫(xiě)滿示意如下：

4、如何判斷異步FIFO的空和滿？

? ? ? ? 在同步FIFO的設(shè)計(jì)中，我們把讀、寫(xiě)指針的位寬拓寬了1bit，目的是區(qū)分原來(lái)的讀、寫(xiě)指針相等時(shí)判斷空、滿的問(wèn)題。同步FIFO的指針使用的是2進(jìn)制碼的形式，而異步FIFO為了減少多bit信號(hào)跨時(shí)鐘域傳輸?shù)膩喎€(wěn)態(tài)問(wèn)題，采用的是格雷碼形式的指針，那么格雷碼形式的指針應(yīng)該如何對(duì)比來(lái)判斷空和滿？

? ? ? ? 首先要說(shuō)明的是，將格雷碼轉(zhuǎn)換成2進(jìn)制再進(jìn)行對(duì)比是一種很好的辦法，但是會(huì)消耗多的組合邏輯資源，所以我們暫時(shí)不討論。

? ? ? ? 先觀察上圖，假定我們要設(shè)計(jì)的FIFO深度為8，那么指針寬度是4，因?yàn)閷挾葹?時(shí)無(wú)法區(qū)分空、滿。

????????空的判斷很好判斷，只要讀寫(xiě)指針?biāo)形蝗恳恢拢瑒t說(shuō)明此時(shí)是空狀態(tài)。

? ? ? ? 滿的判斷復(fù)雜一點(diǎn)，假設(shè)采用同步FIFO的判斷方法----最高位不同，其他位一致。我們用實(shí)際的數(shù)值來(lái)看看是什么情況：當(dāng)讀指針的值為0100，則說(shuō)明此時(shí)讀指針指向最高的空間7，那么若是FIFO滿了，則寫(xiě)指針應(yīng)該是1100，那么1100對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制是多少呢？是8。那么讀寫(xiě)指針、一個(gè)指向7，另一個(gè)卻指向8，這是滿？顯然不是。

? ? ? ? 如果真的是滿的話，寫(xiě)指針應(yīng)該是多少？應(yīng)該是15，也就是1000，此時(shí)寫(xiě)指針是超過(guò)讀指針8，也就是一圈的。那么0100和1000有什么聯(lián)系？很顯然，高兩位相反，低位相同。這種規(guī)律的形成原因是我們之前提到的，格雷碼的變化都關(guān)于某個(gè)對(duì)稱軸對(duì)稱。

? ? ? ? 總結(jié)：

• 當(dāng)最高位和次高位相同，其余位相同認(rèn)為是讀空
• 當(dāng)最高位和次高位不同，其余位相同認(rèn)為是寫(xiě)滿

5、空和滿的判斷是準(zhǔn)確的嗎？

? ? ? ? 在第4點(diǎn)我們知道了----將讀指針同步到寫(xiě)時(shí)鐘域來(lái)判斷滿；將寫(xiě)指針同步到讀時(shí)鐘域來(lái)判斷空。既然是異步FIFO，那么讀寫(xiě)時(shí)鐘域的信號(hào)是不一致的，其中一個(gè)的頻率快，另一個(gè)的頻率這慢。那么在兩次同步過(guò)程中，一定是一次慢時(shí)鐘采快時(shí)鐘和一次快時(shí)鐘采慢時(shí)鐘?？鞎r(shí)鐘采慢時(shí)鐘是不會(huì)有問(wèn)題的，因?yàn)檫@符合采樣定理。但是慢時(shí)鐘采快時(shí)鐘則會(huì)有問(wèn)題，因?yàn)椴蓸舆^(guò)程不符合采樣定理。

????????那么會(huì)造成什么問(wèn)題？答案是漏采。某些數(shù)值可能會(huì)被漏掉。例如原本是連續(xù)的0--1--2---3的信號(hào)，從快時(shí)鐘同步到慢時(shí)鐘后，就變成了離散的0--3，其中的1、2被漏掉了。那么這樣一種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致空、滿的判斷是準(zhǔn)確的嗎？答案是不準(zhǔn)確，但沒(méi)關(guān)系。

? ? ? ? 設(shè)想讀慢寫(xiě)快與讀快寫(xiě)慢兩種情況：

????????讀慢寫(xiě)快：

? ? ? ? ? ? ? ? 進(jìn)行寫(xiě)滿判斷的時(shí)候需要將讀指針同步到寫(xiě)時(shí)鐘域，因?yàn)樽x慢寫(xiě)快，所以不會(huì)有讀指針遺漏，同步消耗時(shí)鐘周期，所以同步后的讀指針滯后（小于等于）當(dāng)前讀地址，所以可能寫(xiě)滿會(huì)提前產(chǎn)生，并非真寫(xiě)滿。

? ? ? ? ? ? ? ? 進(jìn)行讀空判斷的時(shí)候需要將寫(xiě)指針同步到讀指針 ，因?yàn)樽x慢寫(xiě)快，所以當(dāng)讀時(shí)鐘同步寫(xiě)指針的時(shí)候，必然會(huì)漏掉一部分寫(xiě)指針，我們不用關(guān)心那到底會(huì)漏掉哪些寫(xiě)指針，我們?cè)诤醯氖锹┑舻闹羔槙?huì)對(duì)FIFO的讀空產(chǎn)生影響嗎？比如寫(xiě)指針從0寫(xiě)到10，期間讀時(shí)鐘域只同步捕捉到了3、5、8這三個(gè)寫(xiě)指針而漏掉了其他指針。當(dāng)同步到8這個(gè)寫(xiě)指針時(shí)，真實(shí)的寫(xiě)指針可能已經(jīng)寫(xiě)到10 ，相當(dāng)于在讀時(shí)鐘域還沒(méi)來(lái)得及覺(jué)察的情況下，寫(xiě)時(shí)鐘域可能寫(xiě)了數(shù)據(jù)到FIFO去，這樣在判斷它是不是空的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)不是真正空的情況，漏掉的指針也沒(méi)有對(duì)FIFO的邏輯操作產(chǎn)生影響。

? ? ? ? 讀快寫(xiě)慢：

? ? ? ? ? ? ? ? 進(jìn)行讀空判斷的時(shí)候需要將寫(xiě)指針同步到讀指針 ，因?yàn)樽x快寫(xiě)慢，所以不會(huì)有寫(xiě)指針遺漏，同步消耗時(shí)鐘周期，所以同步后的寫(xiě)指針滯后（小于等于）當(dāng)前寫(xiě)地址，所以可能讀空會(huì)提前產(chǎn)生，并非真讀空。

? ? ? ? ? ? ? ? 進(jìn)行寫(xiě)滿判斷的時(shí)候需要將讀指針同步到寫(xiě)時(shí)鐘域，因?yàn)樽x快寫(xiě)慢，所以當(dāng)寫(xiě)時(shí)鐘同步讀指針的時(shí)候，必然會(huì)漏掉一部分讀指針，我們不用關(guān)心那到底會(huì)漏掉哪些讀指針，我們?cè)诤醯氖锹┑舻闹羔槙?huì)對(duì)FIFO的寫(xiě)滿產(chǎn)生影響嗎？比如讀指針從0讀到10，期間寫(xiě)時(shí)鐘域只同步捕捉到了3、5、8這三個(gè)讀指針而漏掉了其他指針。當(dāng)同步到8這個(gè)讀指針時(shí)，真實(shí)的讀指針可能已經(jīng)讀到10 ，相當(dāng)于在寫(xiě)時(shí)鐘域還沒(méi)來(lái)得及覺(jué)察的情況下，讀時(shí)鐘域可能從FIFO讀了數(shù)據(jù)出來(lái)，這樣在判斷它是不是滿的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)不是真正滿的情況，漏掉的指針也沒(méi)有對(duì)FIFO的邏輯操作產(chǎn)生影響。

? ? ? ? 現(xiàn)在我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，所謂的空滿信號(hào)實(shí)際上是不準(zhǔn)確的，在還沒(méi)有空、滿的時(shí)鐘就已經(jīng)輸出了空滿信號(hào)，這樣的空滿信號(hào)一般稱為假空、假滿。假空、假滿信號(hào)本質(zhì)上是一種保守設(shè)計(jì)，想象一下，一個(gè)深度為16的異步FIFO，在其寫(xiě)入14個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，即輸出了寫(xiě)滿（假滿）標(biāo)志，這會(huì)對(duì)我們的設(shè)計(jì)造成影響嗎？會(huì)，會(huì)削弱我們的效率，我們實(shí)際使用的FIFO深度成了14，但是會(huì)使得我們的設(shè)計(jì)產(chǎn)生錯(cuò)誤嗎？顯然不會(huì)。同樣的，在FIFO深度仍有2時(shí)即輸出了讀空（假空）標(biāo)志，也不會(huì)使得我們的設(shè)計(jì)出錯(cuò)，但是會(huì)降低效率，因?yàn)槲覀兪褂玫腇IFO深度又少了2。

6、既然有假滿、假空，那么有沒(méi)有真滿、真空？

? ? ? ? 還真有，但是沒(méi)意義。既然我們可以將讀指針同步到寫(xiě)時(shí)鐘域來(lái)判斷假滿；將寫(xiě)指針同步到讀時(shí)鐘域來(lái)判斷假空。那么對(duì)應(yīng)地，可以讀指針同步到寫(xiě)時(shí)鐘域來(lái)判斷空；將寫(xiě)指針同步到讀時(shí)鐘域來(lái)判斷滿。

? ? ? ? 在寫(xiě)時(shí)鐘域判斷空：

? ? ? ? ? ? ? ? 讀指針被同步過(guò)來(lái)的信號(hào)（同步后讀指針）是滯后于真實(shí)讀指針的信號(hào)，當(dāng)同步后讀指針等于寫(xiě)指針時(shí)，真實(shí)讀指針實(shí)際上早就等于寫(xiě)指針了，也就是說(shuō)此時(shí)的空一定是空，甚至已經(jīng)空了一段時(shí)間了。這樣的空標(biāo)志顯然是沒(méi)有使用意義的，因?yàn)闀?huì)造成對(duì)FIFO的過(guò)讀操作，你來(lái)來(lái)回回讀個(gè)空FIFO有什么意義呢？也就是說(shuō)真空能實(shí)現(xiàn)，但是沒(méi)實(shí)際使用意義。

? ? ? ? 在讀時(shí)鐘域判斷滿：

? ? ? ? ? ? ? ? 寫(xiě)指針被同步過(guò)來(lái)的信號(hào)（同步后寫(xiě)指針）是滯后于真實(shí)寫(xiě)指針的信號(hào)，但同步后寫(xiě)指針超過(guò)讀指針一圈時(shí)，真實(shí)寫(xiě)指針實(shí)際上早就超過(guò)讀指針一圈了，也就是說(shuō)此時(shí)的滿一定是滿，甚至已經(jīng)滿了一段時(shí)間了。這樣的滿標(biāo)志顯然是沒(méi)有使用意義的，因?yàn)闀?huì)造成對(duì)FIFO的過(guò)寫(xiě)操作，你來(lái)來(lái)回回寫(xiě)個(gè)滿FIFO有什么意義呢？也就是說(shuō)真滿也能實(shí)現(xiàn)，但是同樣沒(méi)實(shí)際使用意義。

7、非2次冪深度的FIFO如何設(shè)計(jì)？

? ? ? ? 在第1點(diǎn)關(guān)于格雷碼的性質(zhì)中，我們闡述了：

• 在一組數(shù)的編碼中，若任意兩個(gè)相鄰的代碼只有一位二進(jìn)制數(shù)不同，則稱這種編碼為格雷碼
• 當(dāng)?shù)贜位從0變到1的時(shí)候，之后的數(shù)的N-1位會(huì)關(guān)于前半段軸對(duì)稱，而比N位高的位是相同的。

? ? ? ? 由這兩點(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)格雷碼都可以關(guān)于某條對(duì)稱軸對(duì)稱。所以只有當(dāng)FIFO深度為2的冪次方時(shí)，才能做到格雷碼繞一圈后，回到初始位置仍然只有1bit變化，如15（1000）----0（0000）。當(dāng)FIFO深度不為2的冪次方時(shí)，顯然從最尾端跳轉(zhuǎn)到開(kāi)頭端，變化的就不止一個(gè)bit了。比如FIFO深度為7，顯然，從13（1011）----0（0000），變化了可不止1bit。這樣的話在這一次跳變就失去了格雷碼存在的意義了，所以得想點(diǎn)其他辦法解決。

? ? ? ? 前面說(shuō)過(guò)，格雷碼相鄰每位只變化1bit，而且關(guān)于中軸對(duì)稱的。那么我們可以這樣編碼：針對(duì)深度為7的FIFO，從1（0001）開(kāi)始，一直到（14個(gè)數(shù)表示7深度，高位區(qū)分狀態(tài)）14（1001），1（0001）與14（1001）是關(guān)于中軸對(duì)稱的（高位為變化位），所以也只有1bit的跳變。同樣的如果深度為6的FIFO，就從2（0011）開(kāi)始，到13（1011），同樣只跳變1bit。

? ? ? ? 空標(biāo)志只用判斷讀、寫(xiě)指針是否全部相等即可。但是滿標(biāo)志就不能用“高兩位相反，其他位相同來(lái)判斷了”，需要找其他規(guī)律了。從這里可以看出，格雷碼作為一種無(wú)權(quán)碼，在比較和運(yùn)算等方面不如有權(quán)碼二進(jìn)制靈活。所以，咱要不還是轉(zhuǎn)回二進(jìn)制再比較吧。

? ? ? ? 多啰嗦一句，實(shí)際上不管你設(shè)計(jì)FIFO用RAM還是直接調(diào)用IP也好，最終實(shí)現(xiàn)都是用的Block RAM資源，其生成的位寬肯定是2的冪次。所以啊，不用也是浪費(fèi)啊。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-730456.html

到了這里，關(guān)于關(guān)于異步FIFO設(shè)計(jì)，這7點(diǎn)你必須要搞清楚的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！