[IC笔试题] FIFO深度计算

1. 解题技巧/公式

FIFO深度计算的关键在于：
在规定时间内传输的数据等于接收的数据，写快读慢的情况下，突发burst写入的数据减去该burst时间内读出的数据，多余的数据需要能缓冲下来，让接收端在剩下空闲的时间能从容地把多余的数据读出来。

举例：写时钟频率 w_clk，读时钟频率 r_clk
写时钟周期里，每B个时钟周期会有A个数据写入FIFO
读时钟周期里，每Y个时钟周期会有X个数据读出FIFO
fifo_depth = burst_length - burst_length/w_clk * r_clk * (X/Y)
其中，burst考虑背靠背情况，burst_length = A*2

2. 例题详解

case-1

写快读慢，总传输数据为120。
数据全部写入的时间为Burst Length / Writing frequency（单位ns，1 / Writing frequency为写入一个数据的时间，*120就是写入全部数据的时间）
再 ✖ 读频率 Reading Frequency，得到写入120个数据的时间内，最多读取的数据个数。
总传输数据 - 最多读取出的数据，为剩余未读取的数据，为FIFO深度。

case-2

fA > fB with one clk cycle delay between two successive reads and
writes.（在两个连续的读写之间隔1个clk）

这个场景与case -1没有什么不同，因为两个连续的读和写之间总是会有一个时钟周期延迟。所以，这个方法和前面的一样。

case-3

（每2个clk写一个数据，每4个clk读一个数据）

解：写120个数据需要的时间：2/80mhz（1个数据的时间）×120
在该时间内最多读的数据数：再×50mhz/4（4个时钟读一个）
fifo_depth = 120-120×2/80mhz×50mhz/4= 83

case-4

和case3相同，只是问题描述方式不同

case-5

写满读快，FIFO深度为1即可

case-6

写频率：30/2 = 15mhz；读频率：50/4 = 12.5mhz
fifo_depth = 120-120/15mhz×12.5mhz = 20

case-7

如果clkA和clkB之间没有相位差，则不需要FIFO，如果clka和clkb有相位差，可以采用两级dff或者深度为1的fifo。

case-8

写频率：50/2 = 25mhz，读频率50/4 = 12.5mhz
fifo_depth = 120-120/25mhz×12.5mhz = 60

case-9

对于100个clk下读80个数据，一共有如下几种情况

考虑最坏情况，也就是最短时间内把数据写完，就是case4，160个clk就把160个数据全写完，问题转化为在160个clk下，最多读取多少数据？
最多读160clk×8data/10clk
fifo_depth = 160 - 160×8/10 = 32

case-10

这题非常的绕，首先clkA是写时钟，clkB是读时钟，从第二行可以看出burst size是100，clkB的时钟比较快，因此读写同时工作时（不需要fifo），这里提到duty cycle(en_b)，clkb工作的时间只占1/4占空比，也就是说还有3/4的时间是只有写操作的，FIFO需要存储这一部分数据。
fifo_depth = 100*3/4 = 75，这是最坏情况下的深度为75。

Reference

https://blog.csdn.net/CrazyUncle/article/details/97012907
https://blog.csdn.net/maxwell2ic/article/details/81110963
https://hardwaregeeksblog.files.wordpress.com/2016/12/fifodepthcalculationmadeeasy2.pdf