任意深度异步FIFO设计

1.异步FIFO设计

在看本文之前，需要读者了解异步FIFO的原理及设计，具体可参考博客： 异步FIFO的Verilg实现方法_verilog实现异步fifo_孤独的单刀的博客-CSDN博客

2.偶数格雷码环回

通常情况下，设计的异步FIFO的深度是2的N次方，但事实上，选择这个2^N的原因也是因为格雷码这么取的时候，最大值+1回到最小值时，跳变还是只有1bit。

事实上格雷码可以取2N个进行环回，例如取格雷码个数为12，在2^4=16的基础上，掐头去尾，取中间的12个格雷码，这样从0011到最大值1011中间任意两个相邻数之间只有1bit位的跳变。

那么我们就可以得出一个结论：

• 任意偶数个数格雷码，都可以实现相邻数字跳变仅有1bit发生变化。

3.任意深度异步FIFO

异步FIFO的关键就在于读写指针跨时钟域传输时，每次跳变仅能有1bit变化，这样无论是变化前还是变化后的读写指针被同步到另一个时钟域，都不会发生“读空继续读”、“写满继续写”这样的逻辑错误。

3.1偶数深度的FIFO

对于偶数深度的FIFO，譬如FIFO深度为4，无论FIFO深度为什么，我们都会对地址进行扩展1bit，来作为标志位，用于产生空满信号。因此FIFO深度为4时，我们的读写指针取值范围为：

{0_110,0_111,0_101,0_100,1_100,1_101,1_111,1_110}

可以看到，任意两个相邻的数字仅有1bit发生跳变，取格雷码回环就按照：在2^4=16的基础上，掐头去尾，取中间的8个格雷码。

3.2奇数深度的FIFO

对于奇数深度的FIFO，譬如FIFO深度为3，无论FIFO深度为什么，我们都会对地址进行扩展1bit，来作为标志位，用于产生空满信号。因此FIFO深度为3时，我们的读写指针取值范围为：

{0_111,0_101,0_100,1_100,1_101,1_111}

可以看到，任意两个相邻的数字仅有1bit发生跳变，取格雷码回环就按照：在2^4=16的基础上，掐头去尾，取中间的6个格雷码。

也就是说，无论FIFO深度是奇数还是偶数，我们都会对读写指针扩1bit标志位，使得扩充后他们的深度一定是偶数。这样我们就可以用第二节提到的偶数格雷码环回特性：任意偶数个数格雷码，都可以实现相邻数字跳变仅有1bit发生变化。让读写指针跨时钟域传输时，相邻数字仅有1bit发生变化，就不会出现FIFO读写错误，所以FIFO深度可以是任意值。