【FPGA】 Vivado FIFO IP核使用教程-Toy模板网

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一、FIFO简介

二、FIFO的应用

三、Vivado FIFO创建

四、FIFO IP核实例化

五、对实例化顶层文件仿真

一、FIFO简介

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。

FIFO 从输入时钟的角度来分，有两种类型：单时钟 FIFO和双时钟 FIFO；单时钟 FIFO 具有一个独立的时钟端口 clock，因此，所有的输入输出信号都同步于 clock 信号。双时钟 FIFO 结构中，写端口和读端口分别有独立的时钟，所有与写相关的信号都是同步于写时钟 wr_clk，所有与读相关的信号都是同步于读时钟 rd_clk。

二、FIFO的应用

1. 单时钟 FIFO 常用于同步时钟的数据缓存；

2. 双时钟 FIFO 常用于跨时钟域的数据信号的传递，例如时钟域 A 下的数据 data1 传递给异步时钟域 B ，当 data1 为连续变化信号时，如果直接传递给时钟域 B 则可能会导致收到的数据不是发送的数据的情况，即在采集过程中会出现包括亚稳态（数据采样失真）问题在内的一系列问题，使用双时钟 FIFO 能够将不同时钟域中的数据同步到所需的时钟域中。

三、Vivado FIFO创建

1、新建工程后进入以下界面，点击IP Catalog，在右侧界面搜索fifo，找到FIFO Cenerator打开。

2、在FIFO IP核配置界面，Component Name中可以更改命名，Fifo Impiementation中可以选择单时钟（Common Clock Block RAM）和双时钟（Independent Clocks Block RAM），这里我选择双时钟。

【FPGA】 Vivado FIFO IP核使用教程

3、模式选择有标准模式和FWFT模式，标准模式中读取的数据滞后读信号一个时钟周期；FWFT模式中读信号有效时，读取的数据也立即有效。这里我选择标准模式，设置读写数据位宽为16，数据深度为512，根据需要自行设置。

【FPGA】 Vivado FIFO IP核使用教程

4、读写计数界面，Write Data Count表示FIFO已经写入多少数据，Read Data Count表示FIFO中有多少数据可以读。点击“OK”，完成异步FIFO 配置。【FPGA】 Vivado FIFO IP核使用教程

四、FIFO IP核实例化

1、Sources里的fifo_ip.veo文件中是IP的例化模板。我们只需要将文件中内容复制粘贴到我们verilog程序中,对IP进行实例化。。【FPGA】 Vivado FIFO IP核使用教程

2、我们在创建一个顶层设计文件来实例化这个FIFO IP, 编写pll_test.v代码如下。

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2023/03/31 14:59:11
// Design Name: 
// Module Name: fifo_test
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//

module fifo_test(
    input wr_clk ,//写 FIFO 时钟
    input rd_clk ,//读 FIFO 时钟
    input rst_n ,//复位
    input [7:0] wr_din ,//写入 FIFO 的数据
    input wr_en ,//写使能
    input rd_en ,//读使能

    output reg [7:0] rd_dout,//从 FIFO 读出的数据
    output reg rd_out_vld    //从 FIFO 读出的数据有效指示信号
 );
    //信号定义
    wire [7:0] wr_data ;
    wire [7:0] q ;

    wire wr_req ;
    wire rd_req ;

    wire rd_empty ;
    wire wr_full ;

    wire [7:0] wrusedw ;
    wire [7:0] rdusedw ;
    //FIFO 例化
     fifo_ip your_instance_name (
  .wr_clk       (wr_clk     ),   // input wire wr_clk
  .rd_clk       (rd_clk     ),   // input wire rd_clk
  .din          (wr_data    ),   // input wire [15 : 0] din
  .wr_en        (wr_req     ),   // input wire wr_en
  .rd_en        (rd_req     ),   // input wire rd_en
  .dout         (q          ),   // output wire [15 : 0] dout
  .full         (wr_full    ),   // output wire full
  .empty        (rd_empty   ),   // output wire empty
  .rd_data_count(rdusedw    ),   // output wire [8 : 0] rd_data_count
  .wr_data_count(wrusedw    )    // output wire [8 : 0] wr_data_count
);
     assign wr_data = wr_din;//输入的数据
     assign wr_req = (wr_full  == 1'b0)?wr_en:1'b0;//非满才写
     assign rd_req = (rd_empty == 1'b0)?rd_en:1'b0;//非空才读
     always @(posedge rd_clk or negedge rst_n)begin
        if(!rst_n)begin
         rd_dout <= 0;
        end
         else begin
         rd_dout <= q;
        end
     end
     always @(posedge rd_clk or negedge rst_n)begin
        if(!rst_n)begin
            rd_out_vld <= 1'b0;
        end
        else begin
            rd_out_vld <= rd_req;
        end
     end
 endmodule

五、对实例化顶层文件仿真

1、我们在创建一个仿真激励文件来仿真这个fifo_test顶层文件, 编写fifo_test_tb.v代码如下。

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2023/03/31 15:11:44
// Design Name: 
// Module Name: fifo_test_tb
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//


module fifo_test_tb();
//时钟和复位
    reg     wr_clk      ;
    reg     rd_clk      ;
    reg     rst_n       ;
//输入信号
    reg [7:0]    wr_din;
    reg          wr_en ;
    reg          rd_en ;
//输出信号
    wire        rd_out_vld  ;
    wire [7:0]  rd_dout     ;
    //参数定义
    parameter   WR_CYCLE    = 20;//写时钟周期，单位为 ns，
    parameter   RD_CYCLE    = 30;//读时钟周期，单位为 ns，
    parameter    RST_TIME   = 3 ;//复位时间，此时表示复位 3 个时钟周期的时间。
//待测试的模块例化
    fifo_test u_fifo_test(
    .wr_clk         (wr_clk  ),//时钟
    .rd_clk         (rd_clk  ),
    .rst_n          (rst_n   ),//复位
    .wr_din         (wr_din  ),//写入 FIFO 的数据
    .wr_en          (wr_en   ),//写使能
    .rd_en          (rd_en   ),//读使能
//输出信号定义
    .rd_dout        (rd_dout ),//从 FIFO 读出的数据
    .rd_out_vld     (rd_out_vld )//从 FIFO 读出的数据有效指示信号
);
    integer i = 0;
//生成本地时钟 50M
    initial wr_clk = 0;
    always #(WR_CYCLE/2) wr_clk=~wr_clk;
    initial rd_clk = 0;
    always #(RD_CYCLE/2) rd_clk=~rd_clk;
    //产生复位信号
    initial begin
    rst_n = 1;
    #2;
    rst_n = 0;
    #(WR_CYCLE*RST_TIME);
    rst_n = 1;
    end
    //输入信号赋值
    initial begin
    #1;
    //赋初值
    wr_din = 0;
    wr_en = 0;
    #(100*WR_CYCLE);
    //开始赋值
    for(i=0;i<500;i=i+1)begin
        wr_din = {$random};
        wr_en  = {$random};
    #(1*WR_CYCLE);
    end
    #(100*WR_CYCLE);
    end
    initial begin
    #1;
    //赋初值
        rd_en = 0;
        #(120*RD_CYCLE);
    //开始赋值
    for(i=0;i<500;i=i+1)begin
        rd_en = {$random};
        #(1*RD_CYCLE);
    end
        #(100*RD_CYCLE);
        $stop;
    end
    endmodule

2、仿真结果如下，输出rd_dout[7:0]的结果和输入wr_din[7:0]一致。

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