FPGA零基础学习之Vivado-FIFO使用教程

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系统性的掌握技术开发以及相关要求，对个人就业以及职业发展都有着潜在的帮助，希望对大家有所帮助。本次带来Vivado系列，FIFO使用教程。话不多说，上货。

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FIFO使用教程

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FIFO的英文全称叫做First in First out，即先进先出。这也就决定了这个IP核的特殊性，先写进去的数据优先被读出，所以，FIFO是不需要地址信号线的，这也是它的一大特点，通常用来做数据的缓存，或者用来解决高速异步数据的交互，即解决了跨时钟域的问题。此外，FIFO还有一个特点，就是数据被读出之后就不存在了，不像RAM和ROM一样，数据被读出后还存在。所以我们如果想进行多次的读，那么就需要进行同样次数的写。

8 P# V) h& k3 J+ D9 D

FIFO分为同步时钟和异步时钟，同步FIFO指的是读写使用同一个时钟，在时钟沿信号来的时候进行读写。异步FIFO是指读写在不同时钟下进行，这样我们可以实现读写不同速度。

9 `! b4 W- [2 e" `- c) Z

那么接下来，我们就来实现一下异步FIFO的读写过程。

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6 P" v$ a; G/ |$ _7 D$ G

上图为选择异步FIFO之后的图示，在这个图示中，我们给大家解释一下每个信号的含义。

FIFO_WRITE：

* k5 }7 g# \6 h1 w" r. C3 `0 K( N

full：FIFO的满信号，当FIFO的存储空间写满了之后，此信号拉高，否则为低。此信号为FIFO的输出信号。

1 s; a+ F1 R- K' A9 o

din[17:0]:FIFO的数据输入，写进FIFO的数据通过此信号线进入FIFO。

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wr_en：FIFO的写使能，当我们要往FIFO里面写入数据时，拉高此信号。此信号为FIFO的输入。

FIFO_READ：

empty：FIFO的空信号，当FIFO的存储空间空了之后，此信号拉高，否则为低。此信号为FIFO的输出信号。

dout：FIFO的数据输出，读出FIFO的数据通过此信号线输出。

rd_en：FIFO的读使能，当我们要从FIFO里面读出数据时，拉高此信号。此信号为FIFO的输入。

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rst:FIFO复位，默认高电平有效。

5 P0 \/ R+ ~" X( o- U

wr_clk：写时钟

( Q8 J$ |' R. [3 W4 v

rd_clk: 读时钟

wr_rst_busy:写复位忙信号

rd_rst_busy:读复位忙信号

在了解了FIFO的端口之后，我们来实现一个应用实例。比如，我们以10MHz的速度往FIFO里面写数据，写满之后，在20MHz的时钟下将数据读出，一直读空。当然，在显示应用中，FIFO的读写是可以同步进行的。

5 i! O+ m0 j, V6 o

首先，我们先来新建工程。

8 [" b0 Y/ u* h1 ^$ ]

新建好之后，我们先调用一下IP核：

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在IP核管理器界面，搜索FIFO，然后选中图示所选项双击打开。

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在FIFO类型选项，我们选择异步FIFO。刚打开默认的选项为同步FIFO。

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, A/ a8 D" @* k$ W  r, a5 F

( F; P, Y; |9 i% L3 b) C# w  W

在数据端口配置界面，我们将数据位宽改为8bit，深度使用1024。

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复位端口在这就不再使用了，所以勾选位置取消掉。

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9 f" P* q& Q$ @: l2 y. Q  f

在此界面出现了almost full flag和almost empty flag。这两个信号是几乎满或空的标志信号，在此实验中，我们不使用。

- U) T6 a# A/ I, E

" U2 f; X' _+ h7 ]& {7 [$ d2 v

Data count是FIFO数据用量计数器，代表了此时FIFO的内部存储被使用的情况。假设我们写进去了10个数，那么两个计数器都为10。

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! n# r$ {) k+ R) N7 c. L

此界面为IP核的信息，在此界面可以看出，我们的读写深度发生了变化，我们在前面设置的深度为1024，但是在此处显示的却是1023。原因是因为FIFO结构的特殊性，并不是我们设置的有问题。所以，在我们这个异步FIFO中，深度为1023。

6 H6 D1 u: T0 W7 T4 V

2 X( P- n3 {9 x8 q7 P* ~9 B# m

点击OK直接生成。在点击Generate。

此外，我们还需要两个不同时钟，在这里我们使用锁相环生成。

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( g2 o- |% ~$ c# Q1 v

在管理界面搜索clock。配置过程我们在此前已经讲过，就不在过多叙述。

接下来我们写一下fifo的写控制器，代码如下:

因为我们的实验是读空了才写，所以我们用状态机来做，先判断FIFO是否为空。读控制器代码如下：

顶层代码如下：

代码写完之后，我们写个仿真验证一下波形，代码如下：

3 j4 v6 L" p. G, \; z

打开波形之后，我们将读写控制模块的信号全部添加到波形窗口：

添加好之后，点击restart和run-all

由于波形默认运行10us，我们观察不到全部波形，所以，在此我们继续点击run-all，然后点击break，让仿真停止。

然后，我们观察波形：

5 z3 t) I7 z, [, X* x, Y

在波形里面可以清楚的看到我们的fifo_data_in和q的波形，一长一短。这是因为读的速度快，所以波形维持的时间短。写数据的时间长度是读数据时间长度的两倍。

然后放大波形观察其他信号：

. e2 W0 x$ J. r* K

在黄色光标位置，可以看到满信号拉高了，然后写使能就拉低了，状态开始进入到读。在读使能拉高之后，输出q就有了数据，但是我们的empty信号维持了一段时间才拉低，这是因为fifo的特殊结构导致的，在此我们就不再过多讨论。

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结论：异步FIFO控制正确，仿真波形输入和输出信号正常。

3 ^( T* `3 u, P: k8 P: m$ N; A

Storm_change

程序模块写的很规范