FIFO最小深度计算
在数据的传输中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，类似于水流经过一个缓冲区，上游水流速度快，下游水流速度慢，部分水就可以被缓存在中间的缓冲区，但是上游与下游的水速差距过大，就会导致流入中间缓存区的水超出了缓存区承受能力导致水的溢出，不能顺利到达下游。在上游水流速度最大，下游水流速度最小的情况下，中间缓冲区不能溢出的大小就是我们关系的问题。
同理，读写速率差距过大，FIFO深度太小，就会导致一段时间内向FIFO灌输的数据超出了FIFO的承受能力，就会导致数据的丢失，该容量取决于读写数据的速率。所以在写速率最大，读速率最小时，这时正好不导致数据溢出的FIFO的深度就是我们要计算的FIFO最小深度。
FIFO写入速率快，读出速度慢模型：
最简单的写快读慢的实例，FIFO写入一个数据需要1s，读取一个数据需要2s，一共传输6个数据。(下图)
6个数据写入需要时间为：6×1=6 s
6s读取的数据为：6/2=3个
6s FIFO内剩余数据的个数：6-3=3个
6s才能读取3个数据，剩余的数据3个在FIFO中缓冲，在6s的之后的时间才能被缓慢读出。
仔细观察下图(写快读慢)，FIFO中最多存在3个数据，该容量就是FIFO的最小深度。
该FIFO的最小深度 = 6 - 3 = 3（如果深度小于3，则会导致数据丢失）。
总结：要确定FIFO的深度，关键在于计算出在突发读写的这段时间内有多少数据没有被读走。也就是说FIFO的最小深度就等于没有被读走的数据个数。
FIFO写入与读取速度相同：
读数据速率比写数据快，因此FIFO只起到变换时钟域的作用，FIFO最下深度为1即可。
示例一：
写入速率 > 读取速率
A/D采样率为50MHz，读A/D的速率为40MHZ，要不丢失地将10万个采样数据送入FPGA，在A/D和FPGA之间至少加多大容量（深度）的FIFO才可以？
写一个数据所需的时间为： 1 / 50 M H z = 0.02 × 1 0 − 6 s 1/50MHz=0.02×{10^{ - 6}}s 1/50MHz=0.02×10−6s
写完所有的数据所需的时间为： 100 , 000 × 0.02 × 1 0 − 6 = 0.002 s 100,000×0.02×{10^{ - 6}} = 0.002s 100,000×0.02×10−6=0.002s
读一个数据所需的时间为：
1
/
40
M
H
z
=
0.025
×
1
0
−
6
s
1/40MHz=0.025×{10^{ - 6}} s
1/40MHz=0.025×10−6s
0.002S内读走的数据为：
0.002
/
(
0.025
×
1
0
−
6
)
=
0.08
×
1
0
6
=
80
,
000
0.002/(0.025×{10^{ - 6}}) = 0.08×{10^{ 6}} = 80,000
0.002/(0.025×10−6)=0.08×106=80,000
则FIFO的最小深度为： 100 , 000 − 80 , 000 = 20 , 000 （ 0.002 s 还 没 有 被 读 走 的 数 据 的 个 数 ） 100,000 - 80,000=20,000（0.002s还没有被读走的数据的个数） 100,000−80,000=20,000（0.002s还没有被读走的数据的个数）
（如果读比写慢几拍，则深度比20,000略大）
示例二：
FIFO写入时钟为100MHz，读取时钟为80Mhz，分以下情况分析。
①：传输2000个数据，FIFO最小深度为多少？
100MHz时钟写入一个数据需要的时间为
1
/
100
M
H
z
=
10
n
s
1/100MHz=10ns
1/100MHz=10ns
写入2000个数据所需的时间为
2000
×
10
=
20000
n
s
2000×10=20000ns
2000×10=20000ns
80MHz时钟读出一个数据所需的时钟
1
/
80
M
H
z
=
12.5
n
s
1/80MHz=12.5ns
1/80MHz=12.5ns
20000ns读出的数据个数为
20000
n
s
/
12.5
n
s
=
1600
20000ns / 12.5ns=1600
20000ns/12.5ns=1600
剩余FIFO中没读走的数据个数为
2000
−
1600
=
400
2000-1600=400
2000−1600=400
所以FIFO的最小深度为400。
②：100个时钟写入80个数据，1个时钟读1个数据，求FIFO的最小深度
100MHz时钟写入一个数据需要的时间为
1
/
100
M
H
z
=
10
n
s
1/100MHz=10ns
1/100MHz=10ns
80MHz时钟读出一个数据所需的时钟
1
/
80
M
H
z
=
12.5
n
s
1/80MHz=12.5ns
1/80MHz=12.5ns
100个时钟写入80个数据，可以以下理解，100个时钟包含80个有效写时钟，20个空闲时钟。
但是在什么情况下会出现突发写入数据最多呢，在两个100个时钟，前一个100个时钟的后80个时钟在写数据，后100个时钟的前80个数据在写数据，也就是如下所示：
在这种情况下，以100MHz的时钟一次写入了160个数据。
写入160个数据所需的时间为
160
×
10
n
s
=
1600
n
s
160×10ns=1600ns
160×10ns=1600ns
1600ns读取的数据个数为
1600
n
s
/
12.5
n
s
=
128
1600ns/12.5ns=128
1600ns/12.5ns=128
FIFO内剩余的数据为
160
−
128
=
32
160-128=32
160−128=32
所以FIFO最小深度为32
③：100个时钟写入80个数据，3个时钟读1个数据，求FIFO的最小深度
100MHz时钟写入一个数据需要的时间为
1
/
100
M
H
z
=
10
n
s
1/100MHz=10ns
1/100MHz=10ns
80MHz时钟读出一个数据所需的时钟
(
1
/
80
M
H
z
)
×
3
=
12.5
×
3
n
s
(1/80MHz)×3=12.5×3ns
(1/80MHz)×3=12.5×3ns
100个时钟写入80个数据，可以以下理解，100个时钟包含80个有效写时钟，20个空闲时钟。
但是在什么情况下会出现突发写入数据最多呢，在两个100个时钟，前一个100个时钟的后80个时钟在写数据，后100个时钟的前80个数据在写数据，也就是如下所示：
在这种情况下，以100MHz的时钟一次写入了160个数据。
写入160个数据所需的时间为
160
×
10
n
s
=
1600
n
s
160×10ns=1600ns
160×10ns=1600ns
1600ns读取的数据个数为
1600
n
s
/
(
12.5
×
3
)
n
s
=
42.66
1600ns/(12.5×3)ns=42.66
1600ns/(12.5×3)ns=42.66
FIFO内剩余的数据为
160
−
42.66
=
117.33
160-42.66=117.33
160−42.66=117.33
所以FIFO最小深度为118(FIFO一般设置为2的n次幂(128))。
④：100个时钟写入80个数据，3个时钟读2个数据，求FIFO的最小深度
100MHz时钟写入一个数据需要的时间为
1
/
100
M
H
z
=
10
n
s
1/100MHz=10ns
1/100MHz=10ns
80MHz时钟读出一个数据所需的时钟
(
1
/
80
M
H
z
)
×
3
/
2
=
12.5
×
3
/
2
n
s
(1/80MHz)×3/2=12.5×3/2ns
(1/80MHz)×3/2=12.5×3/2ns
100个时钟写入80个数据，可以以下理解，100个时钟包含80个有效写时钟，20个空闲时钟。
但是在什么情况下会出现突发写入数据最多呢，在两个100个时钟，前一个100个时钟的后80个时钟在写数据，后100个时钟的前80个数据在写数据，也就是如下所示：
在这种情况下，以100MHz的时钟一次写入了160个数据。
写入160个数据所需的时间为
160
×
10
n
s
=
1600
n
s
160×10ns=1600ns
160×10ns=1600ns
1600ns读取的数据个数为
1600
n
s
/
(
12.5
×
3
/
2
n
s
)
n
s
=
85.33
1600ns/(12.5×3/2ns)ns=85.33
1600ns/(12.5×3/2ns)ns=85.33
FIFO内剩余的数据为
160
−
42.66
=
74.66
160-42.66=74.66
160−42.66=74.66
所以FIFO最小深度为75(FIFO一般设置为2的n次幂(128))。
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