FPGA設(shè)計(jì)的高速FIFO電路技術(shù)

　　empty：FIFO全空標(biāo)志;

　　almost_full：高有效，如果為高電平，在寫一個(gè)數(shù)據(jù)FIFO將全滿;

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

　　prog_full：可編程滿標(biāo)志，根據(jù)需要，可以設(shè)定FIFO內(nèi)部有多少數(shù)據(jù)，該標(biāo)志信號(hào)有效;

　　prog_empty：可編程空標(biāo)志，根據(jù)需要，可以設(shè)定FIFO內(nèi)部有多少數(shù)據(jù)，該標(biāo)志信號(hào)有效;

　　wr_data_count：說明FIFO內(nèi)部已經(jīng)寫了多少數(shù)據(jù);

　　rd_data_count：說明FIFO內(nèi)部有多少數(shù)據(jù)可以讀。

　　FIFO控制電路設(shè)計(jì)

　　實(shí)際電路設(shè)計(jì)不考慮讀寫時(shí)鐘的頻率和相位的異同，讀寫時(shí)鐘域的電路基于同步電路設(shè)計(jì)的理念來進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中，滿足讀時(shí)鐘頻率不低于寫時(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(duì)低速傳輸和高速傳輸進(jìn)行詳細(xì)介紹。

　　低速采集數(shù)據(jù)傳輸過程

　　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)，寫時(shí)鐘頻率小于讀時(shí)鐘，每次觸發(fā)長度為FIFO長度的一半。采集結(jié)束即剩余數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈L度不到FIFO的一半。根據(jù)prog_full的設(shè)置，在prog_full有效，同時(shí)采集門控信號(hào)有效時(shí)啟動(dòng)觸發(fā)請求，由于prog_full為寫時(shí)鐘域信號(hào)，必須要經(jīng)過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(dāng)FIFO半滿時(shí)觸發(fā)讀請求有效，acq_frame_l為低電平，啟動(dòng)采集數(shù)據(jù)傳輸請求，地址和數(shù)據(jù)同時(shí)有效，sdram控制器給出應(yīng)答信號(hào)acq_trdy_l，長度由FIFO讀寫控制電路決定，觸發(fā)一次的長度為32，即FIFO半滿的長度，傳輸完畢，給出傳輸結(jié)束標(biāo)志信號(hào)acq_blast，一次傳輸周期結(jié)束。采集門控信號(hào)結(jié)束后，F(xiàn)IFO剩余數(shù)據(jù)長度不足32，這時(shí)候啟動(dòng)門控結(jié)束傳遞進(jìn)程，觸發(fā)結(jié)束標(biāo)志由almost_empty決定，當(dāng)alomost_empty有效時(shí)，停止觸發(fā)。

高速采集數(shù)據(jù)傳輸過程

　　在高速采集時(shí)，讀時(shí)鐘頻率等于寫時(shí)鐘頻率，當(dāng)啟動(dòng)觸發(fā)傳輸時(shí)，觸發(fā)傳輸長度為門控信號(hào)長度，直到將FIFO內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸完畢，觸發(fā)結(jié)束標(biāo)志由almost_empty決定，當(dāng)alomost_empty有效時(shí)，停止觸發(fā)傳輸，觸發(fā)傳輸過程如圖6所示。

　　結(jié)語

　　采用高速異步FIFO作為數(shù)據(jù)采集緩存，應(yīng)用范圍十分廣泛。特別是在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，采集數(shù)據(jù)首先要經(jīng)過緩存才能存入外部存儲(chǔ)器，采用FPGA自生成FIFO就能夠滿足要求。本方案充分利用FIFO的特點(diǎn)，通過控制電路優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了讀寫時(shí)鐘的異同問題，提高了電路的工作效率。