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  什么是FIFO?

  FIFO: First in, First out

代表先進(jìn)的數(shù)據(jù)先出 ，后進(jìn)的數(shù)據(jù)后出。

  為什么需要FIFO?

FIFO存儲(chǔ)器是系統(tǒng)的緩沖環(huán)節(jié)，如果沒(méi)有FIFO存儲(chǔ)器，整個(gè)系統(tǒng)就不可能正常工作。

  FIFO的功能可以概括為

  (1)對(duì)連續(xù)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行緩存，防止在進(jìn)機(jī)和存儲(chǔ)操作時(shí)丟失數(shù)據(jù);

  (2)數(shù)據(jù)集中起來(lái)進(jìn)行進(jìn)機(jī)和存儲(chǔ)，可避免頻繁的總線操作，減輕CPU的負(fù)擔(dān);

(3)允許系統(tǒng)進(jìn)行DMA操作，提高數(shù)據(jù)的傳輸速度。這是至關(guān)重要的一點(diǎn)，如果不采用DMA操作，數(shù)據(jù)傳輸將達(dá)不到傳輸要求，而且大大增加CPU的負(fù)擔(dān)，無(wú)法同時(shí)完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)工作。

  FIFO的幾個(gè)重要概念

  讀寫(xiě)時(shí)鐘：根據(jù)FIFO工作的時(shí)鐘域分為同步/異步FIFO。同步FIFO是指讀時(shí)鐘和寫(xiě)時(shí)鐘為同一個(gè)時(shí)鐘在時(shí)鐘沿來(lái)臨時(shí)同時(shí)發(fā)生讀寫(xiě)。異步FIFO讀寫(xiě)時(shí)鐘不一致，讀寫(xiě)相互獨(dú)立。

  讀寫(xiě)控制：讀寫(xiě)控制的使能

  滿(mǎn)信號(hào)：FIFO里面的信號(hào)數(shù)量達(dá)到了最大深度值

  空信號(hào)：FIFO里面的信號(hào)全部被讀出

  讀寫(xiě)指針：總是指向下一個(gè)地址

深度：FIFO所能容納的最大信號(hào)數(shù)量

  如何通俗理解FIFO

其實(shí)FIFO理解起來(lái)很簡(jiǎn)單，就像一個(gè)水池，如果寫(xiě)通道打開(kāi)了，就代表我們?cè)诩铀?，如果讀通道打開(kāi)了就代表我們?cè)诜潘?，假如不間斷的加水和放水，如果加水速度比放水速度快，那FIFO 就會(huì)有滿(mǎn)的時(shí)候，如果滿(mǎn)了還繼續(xù)加水就會(huì)溢出overflow 如果放水速度比加水速度快 ，那么 FIFO就會(huì)有空的時(shí)候。

  FIFO的空滿(mǎn)檢測(cè)

  空信號(hào)：我們可以想象一下當(dāng)寫(xiě)信號(hào)較慢的時(shí)候，讀信號(hào)較快，那么讀信號(hào)指針就會(huì)追上寫(xiě)信號(hào)指針則會(huì)產(chǎn)生EMPTY的空信號(hào)。或者reset復(fù)位時(shí)也是空信號(hào)。

  滿(mǎn)信號(hào)：當(dāng)寫(xiě)指針快于讀指針，寫(xiě)信號(hào)較快，很容易使得寫(xiě)指針越過(guò)最大深度后追上讀指針，那么就會(huì)產(chǎn)生滿(mǎn)溢出信號(hào)。

理解這兩種信號(hào)的機(jī)制并不難，但是使用起來(lái)就需要費(fèi)功夫的。

  一般有兩種方法檢測(cè)：

  (1)Extra bit

  一般情況下深度為N=2^n的FIFO其地址的位寬為n，其讀寫(xiě)地址的位寬也為n。共有N個(gè)存儲(chǔ)單元，若數(shù)據(jù)位寬為W則該FIFO的容量即為N*W bit。

  現(xiàn)在在指針中添加額外的位(extra bit，即地址的MSB)變?yōu)閚+1bit，該extra bit用于指示寫(xiě)指針是否遞增并越過(guò)最后一個(gè)FIFO地址，若越過(guò)則將該MSB加1，其它位清零。對(duì)讀指針也進(jìn)行同樣的操作。如對(duì)于深度為8的FIFO，需要采用3+1bit是計(jì)數(shù)器：0000-1000、1001-1111，MSB作為折回標(biāo)志，而低3位作為地址指針。

  那么判斷機(jī)制為：

  *如果兩個(gè)指針的MSB不同，就說(shuō)明寫(xiě)指針比讀指針多折回一次：如r_addr=0000,且w_addr=1000,為滿(mǎn);

  *如果兩個(gè)指針的MSB相同，就說(shuō)明兩個(gè)指針折回次數(shù)相等。再者其余位相等(則說(shuō)明FIFO為空。

  這個(gè)方法增加一位數(shù)據(jù)的開(kāi)銷(xiāo)來(lái)獲得判斷。

  (2)設(shè)置計(jì)數(shù)器

  設(shè)置一個(gè)data_counter, 當(dāng)寫(xiě)使能有效時(shí)每寫(xiě)入一個(gè)data計(jì)數(shù)器同時(shí)加1;讀操作時(shí)，每讀出一個(gè)data時(shí)該計(jì)數(shù)器減1。如此，當(dāng)data_counter為0時(shí)FIFO空，當(dāng)data_counter計(jì)數(shù)至FIFO深度deep時(shí)，表示FIFO寫(xiě)滿(mǎn)。

  由于計(jì)數(shù)器會(huì)占用額外的資源，當(dāng)FIFO較大時(shí)，可能會(huì)降低FIFO的讀寫(xiě)速度。