一種異步FIFO的設(shè)計(jì)方法

對于異步FIFO設(shè)計(jì)，無論是采用握手還是直接同步的方法來獲取對方時(shí)鐘域的指針，對滿空信號的判斷總是“保守”的。

(1)滿空信號的復(fù)位(滿信號復(fù)位表示FIFO非滿，空信號復(fù)位表示FIFO非空)和實(shí)際FIFO的情況相比有一定的延遲。例如，空信號是由讀者用讀指針與同步或握手后得到的寫指針進(jìn)行比較產(chǎn)生的。由于同步或握手需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間，寫者可能向FIFO寫入新的數(shù)據(jù)，寫指針發(fā)生了變化，此時(shí)FIFO已經(jīng)非空，但此刻空信號仍然沒有復(fù)位。對于寫者而言，滿信號的復(fù)位也會遇到相同的問題。不過，在通常情況下，F(xiàn)IFO只要確保不會向下溢出或向上溢出，復(fù)位的延遲就不會導(dǎo)致向下溢出或向上溢出，是可以接受的。

(2)滿空信號的置位(滿信號置位表示FIFO滿，空信號置位表示FIFO空)和FIFO的實(shí)際情況相比沒有延遲。例如，同樣考慮FIFO為空的情況，讀者使用讀指針和同步或握手后的寫指針進(jìn)行比較，由于FIFO為空，寫動作不會發(fā)生，相應(yīng)的寫指針也保持不變，因此讀者獲得的就是當(dāng)時(shí)的寫指針值。這樣就能馬上對空信號置位。同樣地，在FIFO滿的情況下，由于讀指針不發(fā)生變化，寫者得到的是當(dāng)前的讀指針值，能夠馬上判斷FIFO為滿。

從以上兩點(diǎn)的討論可以得出結(jié)論，F(xiàn)IFO滿空判斷是保守的，寫者可能在FIFO還有一定空間時(shí)停止寫數(shù)據(jù)，但不會在FIFO已經(jīng)滿了的情況下繼續(xù)寫數(shù)據(jù)；讀者可能在FIFO還有一些有效的數(shù)據(jù)時(shí)停止讀數(shù)據(jù)，但是不會在FIFO已經(jīng)空的情況下繼續(xù)讀數(shù)據(jù)。保守的滿空判斷能夠滿足FIFO的功能要求。

4 二進(jìn)制指針和格雷碼指針的比較

二進(jìn)制指針和格雷碼指針兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)：

(1)由于通過握手同步，指針可以有多位同時(shí)變化，二進(jìn)制指針每次移動可以跳躍過任意的長度，這樣給FIFO的某些功能的實(shí)現(xiàn)帶來了方便(例如，硬件直接控制FIFO從緩存的數(shù)據(jù)流中丟棄一個出錯的包)；而格雷碼指針一般只能做遞增或遞減的移動。

(3) 與直接同步相比，通過握手同步需要多時(shí)鐘周期，因此二進(jìn)制指針的滿空判斷比格雷碼指針的滿空判斷更“保守”；對于設(shè)計(jì)一個容量很大且由內(nèi)存構(gòu)成的FIFO來說，由于保守判斷而損失的空間可以忽略；但對于一個容量較小的FIFO而言，這種“保守”可能是無法接受的。例如，一個由8個寄存器組成的FIFO，對于格雷碼編碼的指針，最壞情況下，F(xiàn)IFO被寫者判斷為滿時(shí)，里面實(shí)際只存有五個數(shù)據(jù)(使用兩級同步器，可能需要三個周期同步，而在這三個周期內(nèi)都有讀動作發(fā)生)；而對與二進(jìn)制編碼的指針，F(xiàn)IFO被判為滿時(shí)，F(xiàn)IFO里可能只有三個數(shù)據(jù)或更少(使用兩級同步器，最好的情況下，需要五個周期握手，而在這五個周期里都有讀動作發(fā)生)。

設(shè)計(jì)者在兩種方法的比較選擇上應(yīng)該考慮到以上的幾點(diǎn)。

本文介紹的異步FIFO的設(shè)計(jì)方法的兩種不同盡路都能夠?qū)崿F(xiàn)功能正確的異步FIFO。對這兩種方法設(shè)計(jì)的FIFO的優(yōu)缺點(diǎn)所做的簡要分析，對FIFO的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。