基于FPGA内部的FIFO设计

在FPGA设计中，内部的FIFO设计是 个不可或缺的内容，其设计的质师会直接影响FPGA的逻辑容量和时序。在Xilinx中的某些高端器件是内置的FIFO控制器，在coregen中可以直接产生这的硬FIFO控制器， 强烈建议能够使用硬的HFO控制器的场合，直接的好处足节省逻辑资源和提高逻辑速度，对于绝大部分的HFO设计，推荐使用Xili coregm产生。这样可以保证功能正确，对于需要定制FIFO控制器的场合请小心。

下面将结合coregn来说明如何设计一个FIFO

产生FIFO时应使用coregen的FIFO generator，打开后显示如图1所示的对话框。

图1 FIFO cenerator对话框

注意其中选项的意义在左边的(Read/Wfik 0ock Donmm)中选择同步FIFO或异步FIFO，即囱写时钟是否是同－个。

在( Memory Type)中选择是使用内部的块RAM或分布式RAM，或者移位寄存器或者内置的FIFO(目前Virtex￣4和Virtex－5的器件有内置FIFO)。选择时根据具体应用决定，一般来说，当需要的RAM较小时选择分布式RAM；当使用有内置FIFO的器件时优选内置FIFO；较大的RAM且没有内置FIFO的器件时选择块RAM。

(Supported Features)列的第1个功能是对不对称的位宽的支持，指FIFO的读/写位宽可以不一致；第2个功能是First－Word Fall－Through，当需要看见FIFO内的第1个数，而又不想进行读操作时使用，一般用做需要根据FIFO内数据决定是否需要对FIFO进行操作的场合；第3个功能是说是否使用内部的内置FIFO控制器，当选择内置FIFO的应用时会有这个功能；第4个是ECO的支持，指内置的Error Correcti。n Checking的功能，目前只有Virtex-5的块RAM和内置FIFO有此功能。

单击【下一步】按钮进入(Fifo Generator)对话框2，如图2所示。

图2 (Fifo Generator)对话框2

在其中设置详细的属性，从上往下一是是否标准FIFO，还是需要支持First-WordFall-Through：二是对于内置FIFO的应用，还需要设置读/写时钟的频率；三是设置读/写位宽和深度；四是是否需要内置的ECO；五是是否要使用块RAM或FIFO内的寄存器。注意选择了使用内部寄存器，下面显示的Read Latency会增加。通常块RAM或者FIFO是输入寄存，锁存器输出，所以不选使用内部寄存器。Read Latency是一个时钟周期，选择时会是两个时钟周期。在设计时需要根据时钟频率和时序要求决定是否选这个选项，不选的话，RAM会有一个较大的Tco。当然也可以不选择这个选项而多增加一级寄存器在代码中，这样处理的优点是可以抵消一些线延时；缺点是无法使用RAM内置的寄存器，从而浪费了资源。

单击【下一步】按钮将出现如图3所示的对话框3。

从上往下一是是否需要几乎空满标志；二是是否需要产生读/写响应信号；三是是否需要产生读/写错误标志；四是是否需要产生复位及复位是同步的还是异步的；五是复位时满标志的值。上面的读/写错误就是overflow和underflow，是指当FIFO满时仍在写，空时仍在读的标志，可以用来监控FIFO是否出现了错误操作。RAM的复位指复位RAM的输入输出寄存器，而不会复位RAM内部的内容。

图3 Fifo Generator 对话框

单击【下一步】按钮打开如图4所示的对话框4。

图4 Fifo Generator对话框4

在其中可以设置FIFO的空满标志的阈值。

单击【下一步】按钮打开如图5所示的对话框5。

在其中可以设置将FIFO内部的数据的个数通过接口开放给用户逻辑可见。

单击【下一步】按钮打开对话框如图6所示的对话框6，可以看到所有的设置，并仔细检查设置是否正确。

单击(Finish)按钮，会产生．V的原文件和．edn或。ngc的网表。综合和仿真可以用。Ⅴ的源文件，布局布线时需要将．edn的文件放在mlcro search path的目录或工程目录中。另外，还会产生．xco的文件，这是产生的∏FO时的配置文件，下次可以在coregen中import这个文件产生一个和这次配置相同的FIFO。

如本节所示，在coregen中产生FIFO是一个较简单的操作，推荐能用coregen时尽量使用。手动定制FIFO不属于本节的内容，在此不讲述。

图5 Fifo Generator对话框5

图6 Fifo Generator对话框6

[1].Throughdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/Through_1177452.html.
[2].ECOdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/ECO_2043505.html.
[3].Virtex-5datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/Virtex-5_1706996.html.