异步fifo设计注意事项有哪些(陈设设计)

全栈程序员-用户IM • 2022年4月15日上午11:40 • 未分类

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

近日学习用到异步FIFO，故写下这篇博客记录学习心得。
在我看来，异步FIFO的设计注意事项大体分为两点：

亚稳态的处理
空满状态的判断

第一，来说一下亚稳态。亚稳态是指触发器无法在某个规定时间内达到一个可确认的状态。在FIFO的设计中，产生的原因主要由两点：一是逻辑电平的误判，也就是如果通过二进制作为指针来判断空满状态，因二进制数值变化引起的位数变化大，对电路的危害也随之增加，故在本设计中使用个格雷码。二是信号和时钟之间不满足要求，即建立时间和保持时间未满足，在这里通过打两级寄存器来消除亚稳态使信号稳定。

第二，关于空满状态的判断，常使用的方法为附加位比较法。对于二进制指针而言,FIFO的满状态时写指针比读指针多循环了一次，而且两个数只是最高位不同，其余各位都相同。那么我就可以这样判断，如果读指针和写指针的最高位不同，而其他位都相同时，此时的状态为满状态。FIFO的空状态时写指针和读指针相同，那么此时读指针和写指针相等。这样读指针和写指针就变成了一个n位指针，其中低n-1位时用来存放FIFO存储器的地址，可以用来对2^(n-1)个存储单元寻址，而最高位则用来辨别空满状态。

但是格雷码在判断空满状态时和二进制有出入。当格雷码由7到8时（0100到1100），可以看到指针的附加位改变，但是地址位并未变化，这是因为格雷码是一种镜像码造成的。所以我们需要附加位和地址位分开循坏，此时就需要既能产生n位格雷码又能产生n-1位格雷码的计数器，这种计数器被称为“两重格雷码计数器”。格雷码指针的空状态也是判断读指针和写指针是否相等。但是判断满状态和二进制指针有很大不同。首先应该明白数据存入的顺序并不是按照000递增开始的，而是随机的。例如一次写入数据是从十进制的地址6开始，连续写入8个数据，地址指向14，这是存储器存满8个数据，应该产生满状态输出。地址6的格雷码0101，地址14的格雷码1001。假如从十进制的地址2开始，结束地址指向10，此时地址2的格雷码为0011，地址10的格雷码为1111，观察两次例子，起始地址和结束地址的格雷码后两位都相同，前两位的异或值相等，并且起始地址和结束地址的首位是不同的。那么4位格雷码判断满状态就可以分为3步：首先后两位相同，然后前两位的异或值相等，最后首位不同。

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