在IC设计中，我们经常需要计算buffer ring的空闲条目。常见的应用有同步FIFO、异步FIFO、确认序列滑窗、outstanding序列判断。

在本案例中，wr_ptr表示下一个写指针，初始值为0，每写入一个数值，则wr_ptr加1，累加到最大值后翻转到0。rd_ptr表示下一个读指针，初始值为0，每写入一个数值，则rd_ptr加1，累加到最大值后翻转到0。以ring_len表示所有的buffer ring的条目总数，空闲的条目数量。

以buffer_ring有4个条目为例(ring_len为4)，wr_ptr/rd_ptr位宽为3bit，数值范围为0~7。

1.空闲条目的计算方式1

wire [2:0] wr_ptr;wire [2:0] rd_ptr;wire [2:0] empty_entry_num;assign empty_entry_num=(wr_ptr[2:0] < rd_ptr[2:0]) ? ((1’b1<<3)+wr_ptr[2:0] - rd_ptr[2:0] ):(wr_ptr[2:0] - rd_ptr[2:0] );

• 如果wr_ptr大于rd_ptr，则说明wr_ptr和rd_ptr发生翻转的次数是一样的，wr_ptr减去rd_ptr得到有效的空闲条目。

• 如果wr_ptr小于rd_ptr，则说明wr_ptr发生翻转的次数比rd_ptr发生翻转的次数多一次，此时ring_len加wr_ptr减去rd_ptr得到有效的空闲条目。

1.1.案例

case1： wr_ptr为3’d0，rd_ptr 为3’d7, 空闲条目数量为1（8+3’d0-3’d7）。

case2： wr_ptr为3’d5，rd_ptr 为3’d3,空闲条目数量为2（3’d5-3’d3）

2.空闲条目的计算方式2

因为在本案例中ring_len为4，属于2的整数幂，且二进制整数，以补码的形式表达负数，因此可以采用更简单的计算方式，即empty_entry_num等于(wr_ptr[2:0] - rd_ptr[2:0])。如果ring_len不为2的整数幂，则此方法不可用。

wire [2:0] wr_ptr;wire [2:0] rd_ptr;wire [2:0] empty_entry_num;assign empty_entry_num=(wr_ptr[2:0] - rd_ptr[2:0]);

2.1.案例

case1： wr_ptr为3’d0，rd_ptr 为3’d7, 空闲条目数量为1。计算过程如下，3’d0减去3’d7得到-7。

-7的补码计算

原码：1111 （最高位 1 表示负数，数值部分为 111 → 7）

反码：1000 （原码取反）

补码：1001 （反码 +1）

最终补码1001去低3bit赋值给empty_entry_num。

3.如何判断ring buffer是否溢出

判断原理如下

• 如果wr_ptr大于rd_ptr且wr_ptr减去rd_ptr大于 ring_len则溢出

• 如果wr_ptr小于rd_ptr且wr_ptr加上翻转长度（即1'b1<<(`PTR_WDTH)）减去rd_ptr大于 ring_len则溢出

function automatic ring_buff_ovfl     ;    input               [`PTR_WDTH-1:0]     rd_ptr                                ;   //    input               [`PTR_WDTH-1:0]     wr_ptr                                ;   //    input               [`PTR_WDTH:0]       ring_len                              ;   //    begin        if((rd_ptr>wr_ptr)&&(( ({1'b0,wr_ptr}+(1'b1<<(`PTR_WDTH))) - {1'b0,rd_ptr}) >ring_len))        ring_buff_ovfl                         =               1'b1                                    ;           else if( (wr_ptr>rd_ptr) && ((wr_ptr-rd_ptr) > ring_len) )        ring_buff_ovfl                         =               1'b1                                    ;           else        ring_buff_ovfl                         =               1'b0                                    ;       endendfunction