FPGA-FIFO核的调用

FIFO存储器

FIFO( First Input First Output)简单说就是指先进先出。由于微电子技术的飞速发展，新一代FIFO芯片容量越来越大，体积越来越小，价格越来越便宜。作为一种新型大规模集成电路，FIFO芯片以其灵活、方便、高效的特性，逐渐在高速数据采集、高速数据处理、高速数据传输以及多机处理系统中得到越来越广泛的应用。

中文名      FIFO存储器

外文名       First Input First Output

含    义       先进先出

功    能     数据集中起来进行进机和存储

简介

在系统设计中，以增加数据传输率、处理大量数据流、匹配具有不同传输率的系统为目的而广泛使用FIFO存储器，从而提高了系统性能。FIFO存储器是一个先入先出的双口缓冲器，即第一个进入其内的数据第一个被移出，其中一个存储器的输入口，另一个口是存储器的输出口。对于单片FIFO来说，主要有两种结构：触发导向结构和零导向传输结构。触发导向传输结构的FIFO是由寄存器阵列构成的，零导向传输结构的FIFO是由具有读和写地址指针的双口RAM构成。

功能

FIFO存储器是系统的缓冲环节，如果没有FIFO存储器，整个系统就不可能正常工作，它主要有几方面的功能：

1）对连续的数据流进行缓存，防止在进机和存储操作时丢失数据；

2）数据集中起来进行进机和存储，可避免频繁的总线操作，减轻CPU的负担；

3）允许系统进行DMA操作，提高数据的传输速度。这是至关重要的一点，如果不采用DMA操作，数据传输将达不到传输要求，而且大大增加CPU的负担，无法同时完成数据的存储工作。

因此，选择合适的存储芯片对于提高系统性能很重要，在以往的设计中经常采用的是“乒乓型”存储方式，这种方式就是采用两片存储器，数据首先进入其中一片，当数据满时再让数据进入第二片存储器，同时通过逻辑控制，将第一片存储器中的数据取走，以此类推，两片轮流对数据进行缓存。这种方式有着较明显的缺点，首先是控制复杂，要有专门的逻辑来维护这种轮流机制;其次，数据流的流向要不断变化，限制了数据流的速率，还容易产生干扰。从数据传输上说，缓存芯片容量越大，对后续时序要求就越低，可减少总线操作的频次；但从数据存储上说，就意味着需要开辟更大的内存空间来进行进行缓冲，会增加计算机的内存开销，而且容量越大，成本也越高。因此，在综合考虑系统性能和成本的基础上，选择满足系统需要的芯片即可。

FIFO是First In/First－Out的缩写，是先入先出的意思。FIFO存储器分为写入专用区和读取专用区。读操作与写操作可以异步进行，写入区上写入的数据按照写入的顺序从读取端的区中读出，类似于吸收写入端与读出端速度差的一种缓冲器。计算机的串口，一般也都具有FIFO缓冲器（不是单一的FIFO存储器，而是嵌入在设备内部）。

FIFO存储器的连接模式如图所示。在FIFO存储器而不是地址总线上附加了表示内部缓冲器状态（Buffer Full，缓冲器已满；Buffer Empty，缓冲器为空）的状态引脚，连接于FIFO的双方利用该状态进行操作的控制。另外，还设计了在接通电源及复位（Reset）或由于操作中的某些异常等原因而重新初始化（无数据状态）FIFO的复位引脚，这可以说是FIFO存储器的特点

本质上是RAM

没有地址端口

分类：

同步FIFO     异步FIFO

读写位宽不同FIFO

模块设计信号列表：

1. 写时钟   wrclk
2. 写数据   datain
3. 写使能   wren
4. 读时钟   rdclk
5. 读数据   dout
6. 读使能   rden
7. 复位       rst
8. 满信号   full
9. 空信号   empty

一般设计

1、要读的比写的能力强

2、full=1后，绝对不能写（外部要保证）

3、empty=1后，绝对不能读（外部保证）

4、不能丢也不能多读数据

深度的选取：（FIFO的设计的重点和难点）

这里看到一个设计思路提供大家参考：

设计fifo的时候一般需要考虑的有两点：

1.fifo的大小

 fifo的大小指就是双端口ram的大小，这个可以根据设计需要来设置。

2.fifo空满状态的判断

 fifo空满状态的判断通常有两种方法。

  a、fifo中的ram一般是双端口ram，所以有独立的读写地址。因此可以一种是设置读，写指针，写指针指向下一个要写入数据的地址，读指针指向下一个要读的地址，最后通过比较读指针和写指针的大小来确定空满状态。

 b、设置一个计数器，当写使能有效的时候计数器加一；当读使能有效的时候，计数器减一，将计数器与ram的size进行比较来判断fifo的空满状态。这种方法设计比较简单，但是需要的额外的计数器，就会产生额外的资源，而且当fifo比较大时，会降低fifo最终可以达到的速度。

module fifo(clk,rst,wr_en,rd_en,data_in,data_out,empty,full);
input clk,rst;
input wr_en,rd_en;
input  [7:0]data_in;//输入数据
output [7:0]data_out;//输出数据
output empty,full;//空满标志

wire    empty,full;
reg    [7:0]data_out;  

reg    [7:0] ram[15:0];//dual port　RAM
reg    [3:0] wr_ptr,rd_ptr;//写和读指针
reg    [3:0] counter;//用来判断空满

always@(posedge clk)
begin
 if(!rst)
 begin
  counter=0;
  data_out=0;
  wr_ptr=0;
  rd_ptr=0;
 end
 else
 begin
  case({wr_en,rd_en})
   2'b00: counter=counter;
   2'b01: 
          begin
		   data_out=ram[rd_ptr];//先进先出，因此读的话依旧按照次序来
		   counter=counter-1;
		   rd_ptr=(rd_ptr==15)?0:rd_ptr+1;
		  end
   2'b10:
          begin
		   ram[wr_ptr]=data_in;//写操作
		   counter=counter+1;
		   wr_ptr=(wr_ptr==15)?0:wr_ptr+1;
		  end
   2'b11:
         begin
		  ram[wr_ptr]=data_in;//读写同时进行，此时counter不增加
		  data_out=ram[rd_ptr];
		  wr_ptr=(wr_ptr==15)?0:wr_ptr+1;
		  rd_ptr=(rd_ptr==15)?0:rd_ptr+1;
		 end 
  endcase
 end
end

assign empty=(counter==0)?1:0;
assign full =(counter==15)?1:0;


endmodule
--------------------- 
作者：IamSarah 
来源：CSDN 
原文：https://blog.csdn.net/IamSarah/article/details/76022015 

利用ip核来进行操作： 

module fifo_test(clk,rst_n,fifo_full,fifo_empty,fifo_rdrdy,fifo_rddb
    );
	input clk;
	input rst_n;
	output fifo_full;
	output fifo_empty;
	output reg fifo_rdrdy;
	output [7:0]fifo_rddb;

	reg [7:0] fifo_wrdb;
	reg fifo_wren;
	reg fifo_rden;
	reg [9:0] cnt;
	
	always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
		if(rst_n==1'b0)begin
			cnt<=1'b0;
		end
		else begin
			cnt<=cnt+1'b1;
		end
	end
	always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
		if(rst_n==1'b0)begin
			fifo_wren<=1'b0;
			fifo_rden<=1'b0;
			fifo_wrdb<=1'b0;
		end
		else if((cnt>1'b0)&&(cnt<10'd40))begin
			else begin
				fifo_wren<=1'b1;
				fifo_rden<=1'b0;
				fifo_wrdb<=cnt;
			end
		else if((cnt>10'd100)&&(cnt<10'd133))begin
			fifo_wren<=1'b0;
			fifo_rden<=1'b1;
			fifo_wrdb<=1'b0;
		end
		else begin
			fifo_wren<=1'b0;
		    fifo_rden<=1'b0;
		    fifo_wrdb<=1'b0;
		end
	end
	always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
		if(rst_n==1'b0)begin
			fifo_rdrdy<=1'b0;
		end
		else begin
			fifo_rdrdy<=fifo_rden;
		end
	end
	
	fifo_demo uut_fifo_demo (
	 .clk(clk), // input clk
	 .srst(!rst_n), // input rst
	 .din(fifo_wrdb), // input [7 : 0] din
	 .wr_en(fifo_wren), // input wr_en
	 .rd_en(fifo_rden), // input rd_en
	 .dout(fifo_rddb), // output [7 : 0] dout
	 .full(fifo_full), // output full
	 .empty(fifo_empty) // output empty
	);
endmodule