同步缓冲器设计(Synchronous FIFO)

本文主要是介绍同步缓冲器设计(Synchronous FIFO)，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

缓冲器又称为队列，是一种数据暂存的机制。缓冲器存在的必要是因为当数据传出端传出数据时，接收端不一定能实时地接收，如果接收端不能实时地接收，又无缓冲器的存在，数据将不可避免会遗失。如果输出输入端的时钟频率一致，称之为同步缓冲器，如果输出输入端的时钟频率不一致，称之为异步缓冲器。缓冲器能存储的数据个数，称之为其深度，每一个数据有多少位数，称之为其宽度。
在使用缓冲器时必须了解，如果输入端不断地将数据写入，而输出端却不去将数据取走的话，就会造成Overflow。反之，若输出端不断地将数据取走，输入端却不将数据写入的话，就会造成Underflow。为了避免这种情况，读取与写入就必须经过控制。Overflow和Underflow的指标是满(Full)或空(Empty)，如果写数据指针wptr和读数据指针rptr这两个指针指到相同的地址时，就有可能是Full或Empty。如果指到相同的地址之前的动作是write，就是Full；如果指针指到相同的地址之前的动作是read，就是empty。通常设计的要求都是可以发生Full或者Empty，但不能发生Overflow或Underflow。
为了避免Overflow和Underflow，就需要读写地址多一比特的标志位。
通过读写地址和读写标志位来判断当前的Full或者Empty状态：
- 写动作肯定是在读动作前的.
- 判断Full，(wr_loop==rd_loop) && (wptr==rptr)
- 判断Empty, (wr_loop!=rd_loop) && (wprt==rptr)
wr_loop,wptr增加的原理需要外部的写信号push_req_i和非满信号!full
rd_loop,rptr增加的原理需要外部的读信号pop_req_i和非空信号!empty
- 读端口最好加一个读有效信号pop_vld_o，当读成功时产生
elements信号标志了当前fifo存储了多少位数据
- 加一的逻辑(One push, None pop) { (push_req_i&&!full) && !(pop_req_i&&!empty) }
- 减一的逻辑(None push, One pop) { !(push_req_i&&!full) && (pop_req_i&&!empty) }
外部需要给FIFO深度(DEPTH)和位宽(WDITH)两个参数。
- 深度最好是2的次幂，对应的FIFO内部的wptr和rptr的位宽可给也可不给。