异步fifo原理

（整理）FPGA中的亚稳态毛刺异步FIFO.1亚稳态1.1亚稳态的定义亚稳态是指触发器无法在某个规定时间段内达到一个确定的状态。

当一个触发器进入亚稳态时，该触发器的输出何时能稳定以及会稳定在哪个状态都不能确定。

在达到稳定之前的时间，触发器输出一些中间电平或者处于震荡状态，并且这种无用的输出电平可以沿着信号通路上级联的触发器传播下去。

1.2亚稳态的产生机制如果触发器的setup time、hold time不满足，就可能产生亚稳态，此时触发器的输出端Q在有效时钟沿之后比较长的一段时间处于不确定的状态，这段时间称为决断时间（resolution time）。

经过resolution time 之后Q端将稳定到0或者1，但究竟是0还是1和输入没有关系。

图1是一个处于亚稳态的寄存器的输出的例子。

1.3亚稳态的危害与避免亚稳态会导致逻辑误判，如果发生亚稳态的部位对系统的稳定至关重要同时缺少防错机制，则可能导致系统崩溃（逻辑挂死）。

逻辑误判可以通过特殊设计减轻危害，例如异步fifo的gray设计。

比发生部位本身的逻辑误判更严重的是亚稳态传递。

亚稳态传递会扩大故障面，让问题变得复杂。

在完全同步的设计中，CAD工具可以方便的分析每一个触发器的建立保持时间。

理论上一个时序完全收敛的纯同步设计不会有亚稳态问题。

和有赖于时序分析的完备性，例如所使用的timing mode与实际芯片及其工作条件的吻合度，实际时钟抖动、偏斜与预期是否一致等。

扩大时序裕量可以降低亚稳态发生的概率。

当前一个数字芯片上往往有多个时钟域，时钟域之间的异步设计是必不可少的。

只要系统中存在异步设计，则亚稳态无法避免，但我们可以尽量限制亚稳态的影响范围并通过特殊的逻辑设计容忍可能的逻辑误判。

1.3.1缩小亚稳态的影响范围a.“将异步输出寄存器的扇出限制为1”如图2所示，让异步输出寄存器的扇出为1相当于减少了异步路径的条数。

若异步信号有多个输出,则可能因为路径延迟和时钟偏斜导致有的寄存器采到有效值,有的寄存器进入不确定的状态，如图2和图3所示。

异步fifo的uvm验证原理异步FIFO（First-In-First-Out，先进先出）是一种常用的数据缓冲区结构，常用于解决不同速率的数据传输问题。

UVM （Universal Verification Methodology，通用验证方法学）是一种系统级验证方法学，用于验证硬件设计。

在UVM中，对异步FIFO的验证需要对FIFO的功能和时序进行验证。

以下是异步FIFO的UVM验证原理：1. 创建FIFO模型：首先，需要创建一个FIFO模型，包括FIFO的输入端口和输出端口，以及FIFO的内部数据存储器。

可以使用SystemVerilog语言创建FIFO模型。

2. 编写验证环境：在UVM中，需要编写一个验证环境（testbench），用于生成测试用例，驱动输入数据到FIFO中，并验证FIFO的输出数据是否符合预期。

验证环境包括以下组件：- 驱动（driver）：负责将测试向量输入到FIFO中。

- 监视器（monitor）：监控FIFO的输出数据，并将其与预期结果进行比较。

- 预测器（predictor）：根据输入数据预测FIFO的输出结果。

- 生成器（generator）：生成各种测试用例。

3. 设置时序约束：对于异步FIFO的验证，需要设置时序约束，以确保FIFO的输入和输出数据能够按照预期的时序要求进行传输。

时序约束包括FIFO的读写时钟频率和时钟间隔等参数。

4. 进行功能验证：验证FIFO的功能，包括数据的读写操作是否正确，数据的顺序是否符合FIFO原则等。

可以通过在测试用例中使用不同的输入数据和读写操作顺序来验证FIFO的功能。

5. 进行时序验证：验证FIFO的时序，包括输入数据的时序要求是否满足，输出数据的时序是否符合预期。

可以通过在测试用例中使用不同的时序生成输入数据来验证FIFO的时序。

6. 进行性能验证：验证FIFO的性能，包括写入速率和读出速率是否满足要求，以及FIFO的深度是否足够。

quartus 异步fifo用法-回复quartus异步FIFO用法引言：在数字电路设计中，FIFO（First In First Out）是一种常见的数据存储器，它允许数据以先进先出的顺序进出。

在使用Quartus进行FPGA设计时，异步FIFO是一种非常有用的工具，它可以帮助我们处理不同速度的数据流，并实现数据的缓冲和流量控制。

本文将介绍Quartus异步FIFO的基本概念和使用方法，并给出一些实例。

第一部分：Quartus异步FIFO概述1.1 什么是异步FIFO？异步FIFO是一种数据存储器，在其中数据可以以不同速度进入和退出。

与同步FIFO不同，异步FIFO的读写时钟可以是不同的，这使得它可以处理速度不匹配的数据流。

Quartus提供了异步FIFO的库函数和IP核，使得它可以在FPGA设计中方便地使用。

1.2 Quartus异步FIFO的特点Quartus异步FIFO具有以下特点：- 可以使用不同的时钟频率进行读写操作。

- 可以配置不同的缓冲深度来满足特定的设计需求。

- 可以实现流量控制和数据的重排序。

- 可以支持并行读写和读写使能信号。

- 可以适应不同的数据宽度和时钟域要求。

第二部分：Quartus异步FIFO的使用方法2.1 创建异步FIFO在Quartus中创建异步FIFO的方式有两种：使用库函数和使用IP核。

使用库函数创建异步FIFO的步骤如下：- 首先，在Quartus中打开设计工程，并创建一个新的源文件。

- 然后，将异步FIFO的库函数导入到源文件中，以便在设计中调用它。

- 接着，实例化异步FIFO，并通过参数配置其属性，例如宽度，深度，时钟域等。

- 最后，将异步FIFO连接到其他逻辑模块，完成设计。

使用IP核创建异步FIFO的步骤如下：- 首先，在Quartus中打开设计工程，并创建一个新的IP核。

- 然后，在IP核的界面中选择合适的FIFO类型和配置参数。

- 接着，将异步FIFO实例化到设计中，将其连接到其他逻辑模块。

异步fifo最小深度计算你是不是对异步FIFO的最小深度计算感到一头雾水？别担心，今天咱们就来聊聊这事儿，让它变得简单明了，就像喝水一样容易。

1. 异步FIFO的基本概念1.1 什么是异步FIFO？异步FIFO，就是异步先进先出队列。

听起来复杂，其实说白了，就是一种数据存储结构，用来在不同频率的系统之间传递数据。

它就像一个邮局，你把信寄进去，邮局会按顺序发给收件人。

这里的异步，指的就是发送和接收的速度不一样——发送邮局和收件人的工作节奏可能完全不同。

1.2 为什么需要异步FIFO？有时候，数据发送和接收的速度不匹配，导致数据丢失或错乱。

异步FIFO就是为了解决这个问题而生的。

它能保证数据按顺序到达，同时还能平衡不同速度的系统之间的数据流。

2. 如何计算最小深度2.1 深度计算的背景计算异步FIFO的最小深度就像是准备一场马拉松比赛前的训练计划。

你得知道你能跑多远，才能安排适当的补给站。

在FIFO的情况下，最小深度是为了确保数据不会因为“拥堵”而丢失。

简单来说，就是要防止数据流量过大时，FIFO“堵车”，而造成数据丢失。

2.2 计算公式计算最小深度的一般公式是这样的：[ text{FIFO深度} = text{(发送速率接收速率) × 延迟时间} ]。

这里的“发送速率”和“接收速率”是指数据进入和离开FIFO的速度，而“延迟时间”是指从数据进入FIFO到它被处理完的时间间隔。

这个公式看似复杂，其实就像计算购物清单一样，你只需要把各个因素代入公式就行了。

举个简单的例子：假设发送速率是1MB/s，接收速率是0.8MB/s，延迟时间是2秒。

那么最小深度的计算就是：[ text{FIFO深度} = (1 0.8) times 2 = 0.2 times 2 = 0.4 text{ MB} ]。

2.3 深度计算的实际应用实际中，最小深度的计算可能会考虑更多因素，比如数据的突发性和系统的稳定性。

例如，有时候数据量会突然增加，就像暴风雨来临时的积水一样，这时候FIFO需要足够的深度来应对突发的“洪水”。

异步fifo的工作原理今天咱们来唠唠异步FIFO这个超有趣的东西哦。

你可以把异步FIFO想象成一个特别的小仓库，这个小仓库是用来存放数据的呢。

不过它可有点特别，和咱们平常那种规规矩矩同步的仓库不太一样。

异步FIFO主要是在不同时钟域之间工作的。

就好比啊，有两个世界，一个世界的节奏快，另一个世界的节奏慢，异步FIFO就在这两个节奏不一样的世界之间搭起了一座数据的桥梁。

那它怎么存数据呢？当有数据要进来的时候，就像是有人要往这个小仓库里送货。

在写端口这边，有一个写指针，这个写指针就像一个小向导，它告诉大家数据应该放在仓库的哪个位置。

每次有新的数据要存进来，写指针就会指向下一个空闲的地方。

就像我们在图书馆书架上找空位放书一样，写指针就是那个帮我们找空位的小助手。

再说说读这边吧。

读端口有个读指针，这个读指针就负责从仓库里取数据。

它就像一个小管家，知道哪些数据已经被取走了，哪些还在仓库里等着被取。

读指针也是一步一步地移动，每次取走一个数据，就会指向下一个要取的数据的位置。

这里面有个超关键的东西，就是空满标志的判断。

你想啊，如果仓库满了，还往里塞东西，那不就乱套了嘛；或者仓库都空了，还在傻乎乎地去取数据，那也不行呀。

对于空满标志的判断呢，其实有点小巧妙。

因为是异步的，时钟不一样，所以不能简单地用一个计数器来判断。

一般会采用一些特殊的编码方式，像是格雷码。

为啥用格雷码呢？这就像是给这个小仓库的货物管理上了一道保险。

格雷码的好处就是相邻的码值只有一位不同。

这样在不同时钟域转换的时候，就不容易出错啦。

比如说，写指针和读指针在判断满的时候，不是简单地看数字大小哦。

因为时钟不一样，数字可能会乱套。

用格雷码就不一样啦，它能很准确地判断出是不是真的满了。

就好像是两个人在不同的节奏下数数，但是通过一种特殊的规则，能准确知道什么时候仓库满了。

还有哦，异步FIFO的深度也是个很重要的概念。

深度就像是这个小仓库的大小。

如果数据来的太快，而读的速度又跟不上，那仓库就得大一点，不然就容易满了溢出来。

uart fifo 流程UART FIFO流程一、引言UART（通用异步收发传输器）是一种常用的串行通信协议，用于在嵌入式系统中实现设备之间的数据传输。

其中，FIFO（First In First Out）是一种常见的数据缓冲区，用于解决数据传输过程中的速度不匹配问题。

本文将介绍UART FIFO的工作原理和流程。

二、UART FIFO的概念UART FIFO是一种先进先出的数据缓冲区，用于存储待发送或已接收的数据。

它的主要作用是解决数据传输过程中速度不匹配的问题。

当发送端和接收端的数据传输速度不一致时，FIFO可以暂时存储数据，以平衡两者之间的速度差异。

三、UART FIFO的工作原理1. 发送端工作原理当发送端有数据要发送时，数据首先被写入到FIFO缓冲区中。

如果FIFO缓冲区为空，则数据可以直接写入；如果FIFO缓冲区已满，则发送端需要等待，直到FIFO缓冲区有足够的空间。

发送端通过检查FIFO的状态位来确定是否可以写入数据。

2. 接收端工作原理当接收端准备好接收数据时，它会从FIFO缓冲区中读取数据。

如果FIFO缓冲区为空，则接收端需要等待，直到FIFO缓冲区有数据可读。

接收端通过检查FIFO的状态位来确定是否可以读取数据。

四、UART FIFO的流程1. 发送端流程（1）检查FIFO状态位，确定是否可以写入数据；（2）如果FIFO缓冲区已满，则等待；（3）将数据写入FIFO缓冲区；（4）检查数据是否成功写入FIFO缓冲区；（5）重复上述步骤，直到所有数据发送完毕。

2. 接收端流程（1）检查FIFO状态位，确定是否有数据可读；（2）如果FIFO缓冲区为空，则等待；（3）从FIFO缓冲区中读取数据；（4）检查数据是否成功读取；（5）重复上述步骤，直到所有数据接收完毕。

五、UART FIFO的优势1. 缓冲作用：FIFO缓冲区可以暂时存储数据，以平衡发送端和接收端之间的速度差异，避免数据丢失或溢出。

异步FIFO理解⼀、异步FIFO与同步FIFO的区别异步FIFO通常⽤于时钟域的过渡，是双时钟设计，即FIFO⼯作于独⽴的两个时钟之间，也就是读写时钟域不同。

⼆、难点及解决⽅法⼀是如何同步异步信号以及处理亚稳态问题;针对这⼀难点，采⽤的是使⽤格雷码指针和⼆进制指针及握⼿信号。

就是现将写指针同步到读时钟域，读指针同步到写时钟域，然后通过格雷码判断空满。

⼆是如何正确地设计空/满等信号的控制电路。

针对这⼀难点，利⽤读写指针相互⽐较产⽣空/满标志，采⽤两种⽅法来辨别空/满两种状态：⼀种是在读写地址前加⼀位附加位，通过附加位来辨别空/满状态;（本⽂使⽤该种⽅法，其实两种归根结底就是加⼀个标志）另⼀种⽅法是通过划分地址空间来判断。

三、深度的计算⽹上找的⼀个例⼦，⼀个8bit宽的AFIFO，输⼊时钟为100MHz，输出时钟为95MHz，设⼀个package为4Kbit，且两个package之间的发送间距⾜够⼤。

问AFIFO的深度。

burst_length=4K/8=500deep=500-500X95/100 =25四、格雷码和⼆进制码之间的转换1.gray to binalways @ (gray)for(i=0;i<SIZE;i=i+1)bin[i] = bin[i]^(gray>>i)2.bin to grayassign gray = (bin>>1)^bin;五、整体结构图(style #1 if you have saw SNUG user guide)Simulation and Synthesis Techniques for Asynchronous的⽹盘链接链接：/s/1ntsqGjR密码：scfz五、Verilog关键代码//topmodule asyn_fifo(rdata, // Data path from FIFOrempty, // Flag asserted high for empty stackwfull , // Flag asserted high for full stackwdata, // Data path into FIFOwinc,wclk,wrst_n,rinc,rclk,rrst_n);parameter DSIZE = 8;parameter ASIZE = 4;output [DSIZE -1 : 0] rdata;output rempty, wfull;input [ASIZE -1 : 0] wdata;input winc,wclk,wrst_n;input rinc,rclk,rrst_n;wire [ASIZE-1:0] waddr, raddr;wire [ASIZE:0] wptr, rptr, wq2_rptr, rq2_wptr;sync_r2w i_sync_r2w (.wq2_rptr(wq2_rptr), .rptr(rptr),.wclk(wclk), .wrst_n(wrst_n)); sync_w2r i_sync_w2r (.rq2_wptr(rq2_wptr), .wptr(wptr),.rclk(rclk), .rrst_n(rrst_n)); fifomem #(DSIZE, ASIZE) i_fifomem(.rdata(rdata), .wdata(wdata),.waddr(waddr), .raddr(raddr),.wclken(winc), .wfull(wfull),.wclk(wclk));rptr_empty #(ASIZE) i_rptr_empty(.rempty(rempty),.raddr(raddr),.rptr(rptr), .rq2_wptr(rq2_wptr),.rinc(rinc), .rclk(rclk),.rrst_n(rrst_n));wptr_full #(ASIZE) i_wptr_full(.wfull(wfull), .waddr(waddr),.wptr(wptr), .wq2_rptr(wq2_rptr),.winc(winc), .wclk(wclk),.wrst_n(wrst_n));endmodule//read to writemodule sync_r2w#(parameter ADDRSIZE = 4)(output reg [ADDRSIZE:0] wq2_rptr,input [ADDRSIZE:0] rptr,input wclk, wrst_n);reg [ADDRSIZE:0] wq1_rptr;always @(posedge wclk or negedge wrst_n)if (!wrst_n)wq1_rptr <= 0;else wq1_rptr <= rptr;always @(posedge wclk or negedge wrst_n)if (!wrst_n)wq2_rptr <= 0;else wq2_rptr <= wq1_rptr;endmodule//write fullmodule wptr_full#(parameter ADDRSIZE = 4)(output reg wfull,output [ADDRSIZE-1:0] waddr,output reg [ADDRSIZE :0] wptr,input [ADDRSIZE :0] wq2_rptr,input winc, wclk, wrst_n);reg [ADDRSIZE:0] wbin;wire [ADDRSIZE:0] wgraynext, wbinnext;// GRAYSTYLE2 pointeralways @(posedge wclk or negedge wrst_n)if (!wrst_n) {wbin, wptr} <= 0;else {wbin,wptr } <= {wbinnext, wgraynext};// Memory write-address pointer (okay to use binary to address memory)assign waddr = wbin[ADDRSIZE-1:0];assign wbinnext = wbin + (winc & ~wfull);assign wgraynext = (wbinnext>>1) ^ wbinnext;//------------------------------------------------------------------assign wfull_val = (wgraynext=={~wq2_rptr[ADDRSIZE:ADDRSIZE-1],wq2_rptr[ADDRSIZE-2:0]});always @(posedge wclk or negedge wrst_n)if (!wrst_n) wfull <= 1'b0;else wfull <= wfull_val;endmodulemodule fifomem #(parameter DATASIZE = 8, // Memory data word widthparameter ADDRSIZE = 4) // Number of mem address bits(output [DATASIZE-1:0] rdata,input [DATASIZE-1:0] wdata,input [ADDRSIZE-1:0] waddr, raddr,input wclken, wfull, wclk);reg [DATASIZE-1:0] mem[15:0];asign rdata = mem[raddr];always @(posedge wclk)if (wclken && !wfull) mem[waddr] <= wdata; endmodule。

altera fifo异步清零信号的时序一、引言在数字电路设计中，FIFO（First In First Out）是一种常见的数据缓冲器，用于解决不同速度的数据传输之间的数据流失问题。

Altera是一家知名的FPGA芯片制造商，其FIFO模块提供了异步清零信号来实现清空缓冲区的功能。

二、FIFO异步清零信号的定义FIFO异步清零信号是一种特殊的控制信号，用于将FIFO缓冲区中的数据全部清空。

当该信号被激活时，FIFO模块会将缓冲区中的数据全部丢弃，并将指针重置为初始状态。

三、FIFO异步清零信号的工作原理FIFO异步清零信号的工作原理如下：1. 当FIFO异步清零信号被激活时，FIFO模块会检测到该信号的变化。

2. FIFO模块会立即停止写入数据和读取数据的操作，并将指针重置为初始状态。

3. FIFO模块会将缓冲区中的数据全部丢弃，不再进行任何处理。

4. FIFO异步清零信号被取消激活后，FIFO模块会恢复正常的读写操作。

四、FIFO异步清零信号的时序特性FIFO异步清零信号的时序特性如下：1. 异步清零信号可以随时激活，无需与其他信号同步。

2. 异步清零信号的激活时间和激活持续时间可以根据设计要求进行调整。

3. FIFO模块在接收到异步清零信号后会立即响应，无需等待时钟信号。

4. 异步清零信号的取消激活时间可以根据设计要求进行调整。

5. 异步清零信号的取消激活时间应保证足够长，以确保FIFO模块完全恢复正常操作。

五、FIFO异步清零信号的注意事项在使用FIFO异步清零信号时，需要注意以下几点：1. 异步清零信号的激活和取消激活应遵循设计规范，不得出现脉冲信号或持续激活导致异常操作。

2. 异步清零信号的激活和取消激活时间应考虑到FIFO模块的响应时间和恢复时间，避免信号过短或过长导致操作不稳定。

3. 在设计中，应考虑到异步清零信号与其他控制信号的相互作用，避免冲突或误操作。

六、总结FIFO异步清零信号是一种重要的控制信号，用于清空FIFO缓冲区中的数据。

异 步 FIFO 结 构（第一部分）作者：Vijay A.Nebhrajani翻译：Adam Luo2006年7月设计一个FIFO是ASIC设计者遇到的最普遍的问题之一。

本文着重介绍怎样设计FIFO——这是一个看似简单却很复杂的任务。

一开始，要注意，FIFO通常用于时钟域的过渡，是双时钟设计。

换句话说，设计工程要处理（work off）两个时钟，因此在大多数情况下，FIFO工作于独立的两个时钟之间。

然而，我们不从这样的结构开始介绍—我们将从工作在单时钟的一个FIFO特例开始。

虽然工作在同一时钟的FIFO在实际应用中很少用到，但它为更多的复杂设计搭建一个平台，这是非常有用的。

然后再从特例推广到更为普通的FIFO，该系列文章包括以下内容：1．单时钟结构2．双时钟结构——双钟结构13．双时钟结构——双钟结构24．双时钟结构——双钟结构35．脉冲模式FIFO单时钟FIFO特例FIFO有很多种结构，包括波浪型（ripple）FIFO，移位寄存器型以及其他一些我们并不关心的结构类型。

我们将集中讨论包含RAM存储器的结构类型。

其结构如图1所示。

通过分析，我们看到图中有一个具有独立的读端口和独立的写端口的RAM 存储器。

这样选择是为了分析方便。

如果是一个单端口的存储器，还应包含一个仲裁器保证同一时刻只能进行一项操作（读或写），我们选择双口RAM（无需真正的双口RAM，因为我们只是希望有一个简单的相互独立的读写端口）是因为这些实例非常接近实际情况。

读、写端口拥有又两个计数器产生的宽度为log2(array_size)的互相独立的读、写地址。

数据宽度是一个非常重要的参数将在在稍后的结构选择时予以介绍，而现在我们不必过分的关心它。

为了一致，我们称这些计数器为“读指针”（read pointer）和“写指针”（write pointer）。

写指针指向下一个将要写入的位置，读指针指向下一个将要读取的位置。

每次写操作使写指针加1，读操作使读指针加1。