FIFO_IP核介绍和测试

前言

FIFO 的英文全称是 First In First Out，即先进先出。FPGA 使用的 FIFO 一般指的是对数据的存储具有先进先出特性的一个缓存器，常被用于数据的缓存,或者高速异步数据的交互也即所谓的跨时钟域信号传递。

它与 FPGA 内部的 RAM 和 ROM 的区别是没有外部读写地址线，采取顺序写入数据，顺序读出数据的方式，使用起来简单方便，由此带来的缺点就是不能像 RAM 和 ROM 那样可以由地址线决定读取或写入某个指定的地址。

本章我们将对 Vivado 软件生成的 FIFO IP 核进行读写测试，来向大家介绍 Xilinx FIFO IP 核的使用方法。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、简介各端口含义

FIFO 各端口含义:
输入端口：
wr_clk 写时钟
rd_clk 读时钟
din 输入数据
wr_en 写使能
rd_en 读使能

输出端口：
dout 输出数据
full 满标记
wr_ack 写应答
empty 空标记
valid 输出有效标记
rd_data_count 读计数
wr_data_count 写计数
almost_full 快满标记
overflow 写溢出标记
almost_empty 快空标记
underflow 读溢出标记

具体使用FIFO 的配置中会说明。
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二、创建同步FIFO IP核

1.1创建IP

1.2 设置同步FIFO IP核相关参数

数字1处为IP核的名称，可以根据自己需求修改。
数字2处为IP核总线类型，Native类型用于非SOC逻辑设计，其它两种用于SOC逻辑设计，通常选择Native类型。
数字3处为FIFO的时钟组成和存储结构，从上到下依次为单时钟块RAM、单时钟分布式RAM、单时钟移位寄存器、单时钟内建FIFO、双时钟块RAM、双时钟分布式RAM、双时钟内建FIFO。其中的单时钟即同步FIFO，双时钟即异步FIFO。同步FIFO 是指读时钟和写时钟为同一个时钟，异步FIFO 是指读写时钟不一致，读写时钟是互相独立的。
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1.3 Native Ports选项卡

上图中Read Mode处用于设置读FIFO时的读模式。当FIFO配置为单时钟块RAM时，选择Standard FIFO时当读使能信号rd_en拉高时，下一个时钟周期才会输出数据，而选择First Word Fall Through时，当读使能信号rd_en拉高时，数据就会输出，不用等待一个时钟周期。
上图中Data Port Parameters处用于设置读写端口的数据总线的宽度以及FIFO的深度。从上到下依次是写数据宽度、写数据深度、读数据宽度 、读数据深度(自动生成)。
上图中Reset Pin处为是否采用复位引脚。注意复位信号为高电平有效。
上图中Reset Type处为是否为异步复位。
上图中Full Flags Reset Value处为复位时Full Flags的状态为0还是为1。
上图中Dout Reset Value处为复位时Dout数据线的状态。
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1.4 Status Flags选项卡

1.5 Data Counts选项卡

“Data Counts”选项卡用于设置FIFO 内数据计数的输出信号，此信号表示当前在FIFO 内存在多少个有效数据。

1.6 Summary选项卡

该选项卡为FIFO最终的配置以及资源占用情况

1.7 生成FIFO

三、FIFO IP核TB测试

`timescale 1ns / 1ps
//

// Create Date: 2022/12/22 15:59:39
// Module Name: fifo_tb
// Name: 小王在努力...
// Revision:Vivado 2018.3
// Revision 0.01 - File Created

//


module fifo_tb();
   reg clk;
   reg rst;
   reg [15:0]din;
   reg wr_en;
   reg rd_en; 
   wire [15:0]dout;
   wire full;
   wire empty;
   wire wr_rst_busy;
   wire rd_rst_busy;
  fifo fifo (
  .clk(clk),                  // input wire clk
  .rst(rst),                  // input wire rst
  .din(din),                  // input wire [15 : 0] din
  .wr_en(wr_en),              // input wire wr_en
  .rd_en(rd_en),              // input wire rd_en
  .dout(dout),                // output wire [7 : 0] dout
  .full(full),                // output wire full
  .empty(empty),             // output wire empty
  .wr_rst_busy(wr_rst_busy),  // output wire wr_rst_busy
  .rd_rst_busy(rd_rst_busy)  // output wire rd_rst_busy
);

   

   initial clk = 1;
   always #10 clk = ~clk;
   initial begin  
        rst = 1;   
        din = 0;  
        wr_en = 0;
        rd_en = 0;
        #201;
        rst = 0;   //低电平有效
        #200;
        repeat(500) begin
           wr_en = 1;
           #20;
           din = din + 1; 
        end
        wr_en = 0;
        #199;
        repeat(500) begin
            rd_en = 1;
            #20;
        end
        rd_en = 0;
        #200000;
        $stop;
        end
endmodule

四、FIFO IP核仿真结果

五、同步复位和异步复位比较

【Verilog】 同步复位和异步复位比较