FPGA設計的高速FIFO電路技術(shù)

　　empty：FIFO全空標志;

　　almost_full：高有效，如果為高電平，在寫(xiě)一個(gè)數據FIFO將全滿(mǎn);

　　almost_empty：高有效，如果為高電平，在讀一個(gè)數據FIFO將全空;

　　prog_full：可編程滿(mǎn)標志，根據需要，可以設定FIFO內部有多少數據，該標志信號有效;

　　prog_empty：可編程空標志，根據需要，可以設定FIFO內部有多少數據，該標志信號有效;

　　wr_data_count：說(shuō)明FIFO內部已經(jīng)寫(xiě)了多少數據;

　　rd_data_count：說(shuō)明FIFO內部有多少數據可以讀。

　　FIFO控制電路設計

　　實(shí)際電路設計不考慮讀寫(xiě)時(shí)鐘的頻率和相位的異同，讀寫(xiě)時(shí)鐘域的電路基于同步電路設計的理念來(lái)進(jìn)行設計，在設計過(guò)程中，滿(mǎn)足讀時(shí)鐘頻率不低于寫(xiě)時(shí)鐘頻率即可。在圖4中給出了FIFO控制電路的流程圖，下面將對低速傳輸和高速傳輸進(jìn)行詳細介紹。

　　低速采集數據傳輸過(guò)程

　　在圖5給出了低速采集時(shí)傳輸周期時(shí)序仿真時(shí)序圖，在低速采集時(shí)，寫(xiě)時(shí)鐘頻率小于讀時(shí)鐘，每次觸發(fā)長(cháng)度為FIFO長(cháng)度的一半。采集結束即剩余數據傳輸的長(cháng)度不到FIFO的一半。根據prog_full的設置，在prog_full有效，同時(shí)采集門(mén)控信號有效時(shí)啟動(dòng)觸發(fā)請求，由于prog_full為寫(xiě)時(shí)鐘域信號，必須要經(jīng)過(guò)rd_clk同步，源代碼如下：

　process(rd_clk,acq_start_rst)
　　begin
　 if acq_start_rst=’1’then
　　 prog_full_dly=’0’;
　 prog_full_dly1=’0’;
elsif rd_clk’event and rd_clk=’1’
then
if acq_gate= ’1’ then
prog_full_dly=prog_full;
prog_full_dly1=prog_
full_dly;
else
prog_full_dly=’0’;
　 prog_full_dly1=’0’;
　end if;
end if;
end process;

　　當FIFO半滿(mǎn)時(shí)觸發(fā)讀請求有效，acq_frame_l為低電平，啟動(dòng)采集數據傳輸請求，地址和數據同時(shí)有效，sdram控制器給出應答信號acq_trdy_l，長(cháng)度由FIFO讀寫(xiě)控制電路決定，觸發(fā)一次的長(cháng)度為32，即FIFO半滿(mǎn)的長(cháng)度，傳輸完畢，給出傳輸結束標志信號acq_blast，一次傳輸周期結束。采集門(mén)控信號結束后，FIFO剩余數據長(cháng)度不足32，這時(shí)候啟動(dòng)門(mén)控結束傳遞進(jìn)程，觸發(fā)結束標志由almost_empty決定，當alomost_empty有效時(shí)，停止觸發(fā)。

高速采集數據傳輸過(guò)程

　　在高速采集時(shí)，讀時(shí)鐘頻率等于寫(xiě)時(shí)鐘頻率，當啟動(dòng)觸發(fā)傳輸時(shí)，觸發(fā)傳輸長(cháng)度為門(mén)控信號長(cháng)度，直到將FIFO內部數據傳輸完畢，觸發(fā)結束標志由almost_empty決定，當alomost_empty有效時(shí)，停止觸發(fā)傳輸，觸發(fā)傳輸過(guò)程如圖6所示。

　　結語(yǔ)

　　采用高速異步FIFO作為數據采集緩存，應用范圍十分廣泛。特別是在高速數據采集系統中，在外接存儲器時(shí)，采集數據首先要經(jīng)過(guò)緩存才能存入外部存儲器，采用FPGA自生成FIFO就能夠滿(mǎn)足要求。本方案充分利用FIFO的特點(diǎn)，通過(guò)控制電路優(yōu)化設計，解決了讀寫(xiě)時(shí)鐘的異同問(wèn)題，提高了電路的工作效率。