异步FIFO

最近在研究200w像素的相机。这里需要30fps，像素2304*1440对于时钟的要求就达到了120Mhz

对于整个方案的设计由于用到的时钟不一致，这样的话就需要用到异步FIFO

计算FIFO深度是设计FIFO中常遇到的问题。常识告诉我们，当读速率慢于写速率时，FIFO便可被用作系统中的缓冲元件或队列。因此FIFO的大小基本上暗示了所需缓存数据的容量，该容量取决于读写数据的速率。据统计，系统的数据速率取决于系统的负载能力。因此为了保证FIFO的大小，我们需要考虑FIFO传输的最坏情况下。所谓最坏的情况就是使得写速率最大，读速率最小；通常是考虑突发传输。

异步 FIFO 最小深度计算原理

FIFO 用于缓冲块数据流，一般用在写快读慢突发传输的情况，遵循的规则如下：

FIFO深度(写入速率−读出速率)=FIFO被填满时间>数据包传送时间=写入最大突发数据量写入速率

FIFO深度(写入速率−读出速率)=FIFO被填满时间>数据包传送时间=写入最大突发数据量写入速率

即是确保对FIFO写数据时不存在 Overflow 。

例1：

A/D 采样率50MHz，DSP 读 A/D 的速率40MHz，要不丢失地将10万个采样数据送入 DSP，在 A/D 在和 DSP 之间至少设置多大容量的FIFO才行？

100,000/50MHz=1/500s=2ms100,000/50MHz=1/500s=2ms

(50MHz−40MHz)∗1/500=20k(50MHz−40MHz)∗1/500=20k，即是 FIFO 深度。

异步 FIFO 最小深度常用计算公式

这里假设读写 FIFO 是可以同时进行的，

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，

则 FIFO 的最小深度的计算公式如下：

fifo_depth=burst_length−burst_length∗(X/Y)∗(r_clk/w_clk)

fifo_depth=burst_length−burst_length∗(X/Y)∗(r_clk/w_clk)

此公式可从上面原理推导而来。

例2：

如果100个写时钟周期可以写入80个数据，10个读时钟可以读出8个数据。令w_clk=r_clk ，考虑背靠背 (20个clk不发数据＋80clk发数据＋80clk发数据＋20个clk不发数据的200个clk) ，代入公式可计算 FIFO 的深度，

fifo_depth = 160-160*80% = 160 - 128 = 32

注：

将fifo_depth=burst_length−burst_length∗(X/Y)∗(r_clk/w_clk)fifo_depth=burst_length−burst_length∗(X/Y)∗(r_clk/w_clk)作个变形，

得到

fifo_depth=burst_length−[burst_length∗(1/w_clk)]/[Y∗(1/r_clk)/X]fifo_depth=burst_length−[burst_length∗(1/w_clk)]/[Y∗(1/r_clk)/X]

其中[burst_length∗(1/w_clk)][burst_length∗(1/w_clk)]表示这个burst的持续时间，

[Y∗(1/r_clk)/X][Y∗(1/r_clk)/X]表示读出每个数据所需的时间（即：读的实际速度）。

两者相除自然就是这段时间读出的数据量。显然burst_length表示这段时间写入的数据量，两者的差为 FIFO 中残留的数据，这个也就是理论上的 FIFO 的最小深度。

实际应用中往往是以半空半满信号来指示 FIFO 的空满状态的，所以实际设计 FIFO 的时候会至少留下一个数据空间的深度裕量。