一種異步FIFO的設(shè)計(jì)方法

對(duì)于異步FIFO設(shè)計(jì)，無(wú)論是采用握手還是直接同步的方法來(lái)獲取對(duì)方時(shí)鐘域的指針，對(duì)滿(mǎn)空信號(hào)的判斷總是“保守”的。

(1)滿(mǎn)空信號(hào)的復(fù)位(滿(mǎn)信號(hào)復(fù)位表示FIFO非滿(mǎn)，空信號(hào)復(fù)位表示FIFO非空)和實(shí)際FIFO的情況相比有一定的延遲。例如，空信號(hào)是由讀者用讀指針與同步或握手后得到的寫(xiě)指針進(jìn)行比較產(chǎn)生的。由于同步或握手需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間，寫(xiě)者可能向FIFO寫(xiě)入新的數(shù)據(jù)，寫(xiě)指針發(fā)生了變化，此時(shí)FIFO已經(jīng)非空，但此刻空信號(hào)仍然沒(méi)有復(fù)位。對(duì)于寫(xiě)者而言，滿(mǎn)信號(hào)的復(fù)位也會(huì)遇到相同的問(wèn)題。不過(guò)，在通常情況下，F(xiàn)IFO只要確保不會(huì)向下溢出或向上溢出，復(fù)位的延遲就不會(huì)導(dǎo)致向下溢出或向上溢出，是可以接受的。

(2)滿(mǎn)空信號(hào)的置位(滿(mǎn)信號(hào)置位表示FIFO滿(mǎn)，空信號(hào)置位表示FIFO空)和FIFO的實(shí)際情況相比沒(méi)有延遲。例如，同樣考慮FIFO為空的情況，讀者使用讀指針和同步或握手后的寫(xiě)指針進(jìn)行比較，由于FIFO為空，寫(xiě)動(dòng)作不會(huì)發(fā)生，相應(yīng)的寫(xiě)指針也保持不變，因此讀者獲得的就是當(dāng)時(shí)的寫(xiě)指針值。這樣就能馬上對(duì)空信號(hào)置位。同樣地，在FIFO滿(mǎn)的情況下，由于讀指針不發(fā)生變化，寫(xiě)者得到的是當(dāng)前的讀指針值，能夠馬上判斷FIFO為滿(mǎn)。

從以上兩點(diǎn)的討論可以得出結(jié)論，F(xiàn)IFO滿(mǎn)空判斷是保守的，寫(xiě)者可能在FIFO還有一定空間時(shí)停止寫(xiě)數(shù)據(jù)，但不會(huì)在FIFO已經(jīng)滿(mǎn)了的情況下繼續(xù)寫(xiě)數(shù)據(jù)；讀者可能在FIFO還有一些有效的數(shù)據(jù)時(shí)停止讀數(shù)據(jù)，但是不會(huì)在FIFO已經(jīng)空的情況下繼續(xù)讀數(shù)據(jù)。保守的滿(mǎn)空判斷能夠滿(mǎn)足FIFO的功能要求。

4 二進(jìn)制指針和格雷碼指針的比較

二進(jìn)制指針和格雷碼指針兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)：

(1)由于通過(guò)握手同步，指針可以有多位同時(shí)變化，二進(jìn)制指針每次移動(dòng)可以跳躍過(guò)任意的長(zhǎng)度，這樣給FIFO的某些功能的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了方便(例如，硬件直接控制FIFO從緩存的數(shù)據(jù)流中丟棄一個(gè)出錯(cuò)的包)；而格雷碼指針一般只能做遞增或遞減的移動(dòng)。

(3) 與直接同步相比，通過(guò)握手同步需要多時(shí)鐘周期，因此二進(jìn)制指針的滿(mǎn)空判斷比格雷碼指針的滿(mǎn)空判斷更“保守”；對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)容量很大且由內(nèi)存構(gòu)成的FIFO來(lái)說(shuō)，由于保守判斷而損失的空間可以忽略；但對(duì)于一個(gè)容量較小的FIFO而言，這種“保守”可能是無(wú)法接受的。例如，一個(gè)由8個(gè)寄存器組成的FIFO，對(duì)于格雷碼編碼的指針，最壞情況下，F(xiàn)IFO被寫(xiě)者判斷為滿(mǎn)時(shí)，里面實(shí)際只存有五個(gè)數(shù)據(jù)(使用兩級(jí)同步器，可能需要三個(gè)周期同步，而在這三個(gè)周期內(nèi)都有讀動(dòng)作發(fā)生)；而對(duì)與二進(jìn)制編碼的指針，F(xiàn)IFO被判為滿(mǎn)時(shí)，F(xiàn)IFO里可能只有三個(gè)數(shù)據(jù)或更少(使用兩級(jí)同步器，最好的情況下，需要五個(gè)周期握手，而在這五個(gè)周期里都有讀動(dòng)作發(fā)生)。

設(shè)計(jì)者在兩種方法的比較選擇上應(yīng)該考慮到以上的幾點(diǎn)。

本文介紹的異步FIFO的設(shè)計(jì)方法的兩種不同盡路都能夠?qū)崿F(xiàn)功能正確的異步FIFO。對(duì)這兩種方法設(shè)計(jì)的FIFO的優(yōu)缺點(diǎn)所做的簡(jiǎn)要分析，對(duì)FIFO的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。