异步FIFO原理及使用

可以先配合异步FIFO基础知识食用

异步FIFO原理及使用

Part.1

第一块Binary LogIC：判断二进制Pointer什么时候+1，生成ptr_bin_next信号

assign wptr_bin_next = wptr_bin + (winc & (!wfull));

Part.2

第二块Gray LogIC：由Binary Pointer生成Gary Pointer，其实这里根据经典AFIFO论文[1]里应该是用新的wptr_bin_next生成wptr_gray_next，这样wptr_bin和wptr_gray可以同步更新。（这里为了Pass牛客网的测试案例，需要将wptr_bin_next改为 wptr_bin生成，这样格雷码指针会比二进制指针慢一拍）

assign wptr_gray_next = wptr_bin_next ^ (wptr_bin_next >> 1);

新态逻辑写完后赋值给Reg变量

{wptr_bin,wptr_gray} <= {wptr_bin_next, wptr_gray_next};

Part.3

第三块Empty Logic：将wptr_gray在read时钟域打2拍，做空判断

assign rempty = rptr_gray == wptr_gray_rr2;

Part.4

第四块Full Logic：将rptr_gray在write时钟域打2拍，做满判断

assign wfull = wptr_gray == {~rptr_gray_wr2[ADDR_WIDTH:ADDR_WIDTH-1], rptr_gray_wr2[ADDR_WIDTH-2:0]};

Part.5

第五块Full Logic：例化RAM，addr为ptr_bin次高位到最低位

最后添加一点点细节，形成完整代码

`timescale 1ns/1nsModule dual_port_RAM #(parameter DEPTH = 16, parameter WIDTH = 8)( input wclk ,input wenc ,input [$clog2(DEPTH)-1:0] waddr //深度对2取对数，得到地址的位宽。 ,input [WIDTH-1:0] wdata //数据写入 ,input rclk ,input renc ,input [$clog2(DEPTH)-1:0] raddr //深度对2取对数，得到地址的位宽。 ,output reg [WIDTH-1:0] rdata //数据输出);reg [WIDTH-1:0] RAM_MEM [0:DEPTH-1];always @(posedge wclk) begin if(wenc) RAM_MEM[waddr] <= wdata;end always @(posedge rclk) begin if(renc) rdata <= RAM_MEM[raddr];end endmodule  module asyn_fifo#(    parameter   WIDTH = 8,    parameter   DEPTH = 16)(    input                   wclk    ,     input                   rclk    ,       input                   wrstn   ,    input                   rrstn   ,    input                   winc    ,    input                   rinc    ,    input       [WIDTH-1:0] wdata   ,    output wire             wfull   ,    output wire             rempty  ,    output wire [WIDTH-1:0] rdata);    parameter ADDR_WIDTH = $clog2(DEPTH);    reg [ADDR_WIDTH:0] wptr_bin;    reg [ADDR_WIDTH:0] rptr_bin;    wire [ADDR_WIDTH:0] wptr_bin_next;    wire [ADDR_WIDTH:0] rptr_bin_next;    assign wptr_bin_next = wptr_bin + (winc & (!wfull));    assign rptr_bin_next = rptr_bin + (rinc & (!rempty));    reg [ADDR_WIDTH:0] wptr_gray;    reg [ADDR_WIDTH:0] rptr_gray;    wire [ADDR_WIDTH:0] wptr_gray_next;    wire [ADDR_WIDTH:0] rptr_gray_next;    assign wptr_gray_next = wptr_bin_next ^ (wptr_bin_next >> 1); assign rptr_gray_next = rptr_bin_next ^ (rptr_bin_next >> 1); always @ (posedge wclk or negedge wrstn) begin if (!wrstn) begin {wptr_bin,wptr_gray} <= 'd0; end else {wptr_bin,wptr_gray} <= {wptr_bin_next, wptr_gray_next}; end always @ (posedge rclk or negedge rrstn) begin if (!rrstn) begin {rptr_bin,rptr_gray} <= 'd0; end else {rptr_bin,rptr_gray} <= {rptr_bin_next, rptr_gray_next}; end reg [ADDR_WIDTH:0] rptr_gray_wr,rptr_gray_wr2; always @ (posedge wclk or negedge wrstn) begin if (!wrstn) begin {rptr_gray_wr,rptr_gray_wr2} <= 'd0; end else {rptr_gray_wr2,rptr_gray_wr} <= {rptr_gray_wr,rptr_gray}; end assign wfull = wptr_gray == {~rptr_gray_wr2[ADDR_WIDTH:ADDR_WIDTH-1], rptr_gray_wr2[ADDR_WIDTH-2:0]}; reg [ADDR_WIDTH:0] wptr_gray_rr,wptr_gray_rr2; always @ (posedge rclk or negedge rrstn) begin if (!rrstn) begin {wptr_gray_rr2,wptr_gray_rr} <= 'd0; end else {wptr_gray_rr2,wptr_gray_rr} <= {wptr_gray_rr,wptr_gray}; end assign rempty = rptr_gray == wptr_gray_rr2; wire wenc, renc; wire [ADDR_WIDTH-1:0] raddr, waddr; assign wenc = winc & !wfull; assign renc = rinc & !rempty; assign raddr = rptr_bin[ADDR_WIDTH-1:0]; assign waddr = wptr_bin[ADDR_WIDTH-1:0]; dual_port_RAM #(.DEPTH(DEPTH), .WIDTH(WIDTH)) u_dual_port_RAM ( .wclk(wclk), .rclk(rclk), .wenc(wenc), .renc(renc), .raddr(raddr), .waddr(waddr), .wdata(wdata), .rdata(rdata) ); endModule

编辑：黄飞