基于VHDL的異步FIFO設計
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3 解決問(wèn)題的方法
3．1 同步寄存器
當信號在不相關(guān)或者異步時(shí)鐘域傳輸時(shí)，在新的時(shí)鐘域使用這個(gè)信號之前必須進(jìn)行同步，比如異步FIFO的讀指針被同步到寫(xiě)時(shí)鐘域或寫(xiě)指針被同步到讀時(shí)鐘域。新時(shí)鐘域里的第一個(gè)寄存器的作用就是一個(gè)同步寄存器。同步裝置中寄存器到寄存器路徑上的時(shí)序裕量可以為亞穩態(tài)信號提供穩定時(shí)間。由兩個(gè)寄存器組成的二級同步鏈如圖3所示，它大大的提高了系統的平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)，減少了信號傳輸過(guò)程中亞穩態(tài)問(wèn)題的風(fēng)險。此外，可以通過(guò)三級同步進(jìn)一步增加MTBF值，但在實(shí)際中很少需要。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/178738.htm
3．2 格雷碼(Gray code)計數器
設計異步FIFO的原則是安全可靠地把數據從一個(gè)時(shí)鐘域傳輸到另一個(gè)時(shí)鐘域。如果用一個(gè)相對于計數器時(shí)鐘是異步的時(shí)鐘來(lái)取樣計數器的值，就要考慮計數器的每一位在哪個(gè)范圍內變化，每一位都有機會(huì )同時(shí)發(fā)生變化，比如從FFFF變化到0000，這時(shí)每個(gè)單獨的位都處于亞穩態(tài)。這種變化意味著(zhù)讀數有可能是0000～FFFF之間的任意一個(gè)值。這種情況下FIFO將無(wú)法正常工作，于是設計一個(gè)格雷碼來(lái)表示的計數器，
因為格雷碼是最小距離碼，相鄰的碼元只有1位不同，它可以避免因延遲不一致而引起的毛刺現象。
計數器由觸發(fā)器組和累加器組成，處理格雷碼計數器的辦法為：將格雷碼轉換為二進(jìn)制碼元，然后加1，再將它轉換回格雷碼并存儲，這是解決產(chǎn)生N位格雷碼算法棘手問(wèn)題的一個(gè)辦法。異步FIFO的寫(xiě)地址和讀地址由格雷碼計數器來(lái)實(shí)現計數，讀／寫(xiě)指針均用格雷碼來(lái)表示，格雷碼計數器指針原理如圖4所示，當FIFO非空或者非滿(mǎn)時(shí)，讀指針或者寫(xiě)指針實(shí)現加1操作。
3．3 一種新穎的設計方法產(chǎn)生空滿(mǎn)標志
空滿(mǎn)標志位是通過(guò)比較讀／寫(xiě)指針來(lái)判斷的，空滿(mǎn)標志的判斷方法：對于二進(jìn)制地址來(lái)說(shuō)，如果RAM大小為M，那么它需要的地址位寬度為N=log2 M。假設雙口RAM大小是8 B，所需尋址地址位寬度是3 b。如果讀／寫(xiě)指針均用3位來(lái)表示的話(huà)，那么當讀／寫(xiě)指針相等時(shí)，無(wú)法判別是讀時(shí)針追上了寫(xiě)時(shí)針造成讀空還是寫(xiě)時(shí)針追上了讀時(shí)針造成寫(xiě)滿(mǎn)，這樣就無(wú)法正確判斷空、滿(mǎn)標志。為了方便的區分空、滿(mǎn)，讀／寫(xiě)指針各增加1位，取地址指針寬度為log2M+1，尋址中沒(méi)有使用的最高位地址標記為MSB，即讀／寫(xiě)指針為N+1位，尋址范圍為2n。表1為格雷碼表示的4位地址指針。
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