何时需要FIFO?

当模块A需要向模块B发送数据,但是发送数据和接受数据的速度不一样,这个时候就需要一个FIFO来做缓冲。
FIFO深度计算

FIFO的深度

简单的想,FIFO的深度取决于FIFO内部存储的还未读取的数值的个数,当这个数达到最大的时候,就是FIFO的最小深度。
这里考虑的读写速度的差异,是写得速度比读的速度更快,这样才会有可能出现FIFO溢出的情况,才需要仔细考虑FIFO的深度为多少。但是当读比写快,或者读写一样快的时候又会怎样呢?下面会仔细分析。

写比读快

第一种情况

第一种情况很简单,如下图,已经告诉了连续写数据的长度(Burst Length),那么只需要考虑这段时间内最多会写进多少个数,以及会读走多少个数,二者只差就是FIFO的深度。
FIFO深度计算

第二种情况

第二种情况和第一种类似,是说如果在连续的两次读和写之间都插入一个周期的延迟,结果会怎样?答案是没有变化,计算过程和第一种情况一样,如果感兴趣,可以下载本文最后的文件。

第三种情况

第三种情况是在读和写之间插入了不同的delay,就算过程其实也比较简单,如下图所示。本质上相当于改变了读写的速度,导致FIFO深度的要求产生变化。
FIFO深度计算

第四种情况

第四种情况分析的是读写时钟的占空比发生改变的时候,对FIFO的深度有何影响?
答案是没有影响。

读比写快

第五种情况

这种情况很简单,FIFO的深度为1就可以了
FIFO深度计算

第六种情况

FIFO深度计算

读写一样快

第七种情况

读写一样快,读写之间没有延迟的话,FIFO的深度为1就够了

第八种情况

FIFO深度计算

另一类问题

第九种情况,如下图,这种问题比前面的要复杂一点,好在题目已经给了Burst Size, 就会简化很多。
FIFO深度计算
需要理解这里的160是怎么来的,题目中说了每100个周期会写80个数据进来,那么就会有20个周期没有数,即IDLE状态,关于WRITE状态和IDLE状态的分布,有很多种可能,如下图所示
FIFO深度计算
我们需要考虑得是最差情况下,即“背靠背”的输入,就是上面的case-4,这种情况下会连续写入160个数据,无疑对于FIFO的深度要求是最高的,计算过程如下:

  • 最差情况下连续写入160个数据,需要160个周期
  • 这160个周期可以读出160*(8/10)=128个数据
  • FIFO的深度为160-128=32

总结

总的来说,对于这样的问题:

写时钟频率wclk,
读时钟频率rclk,
写时钟周期里,每B个时钟周期会有A个数据写入FIFO
读时钟周期里,每Y个时钟周期会有X个数据读出FIFO
则,FIFO的最小深度是?

首先要确定Burst Length,对这种题目,BL一般为2*A,然后深度的计算公式如下
depth=BLBL(X/Y)(rclk/wclk) depth = BL - BL * (X/Y) * (rclk/wclk)

参考文档

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