FIFO Generate IP核使用——Data Counts页详解

在Vivado IDE中，当看到一个用于设置数据计数选项的选项卡时，需要注意的是，尽管某些选项值可能因为当前的配置而显示为灰色（即不可选或已禁用），但IDE中显示的有效范围值实际上是你可以选择的真实值。即使某些值在视觉上被灰化，它们仍然是可用的，只要你的FIFO配置支持这些值。然而，通常灰化的值是因为它们在当前FIFO的特定配置下不适用或不推荐。

1 选择Native 接口采用Common时钟Standard模式时（Built-in除外）

此时，只需要配置Data Count的宽度。
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数据计数的目的是输出用于显示FIFO中当前存储的数据字数量。其宽度可以是指定数据计数总线的宽度，最大宽度为log2(depth)，其中depth是FIFO的深度（即最大可以存储的数据字数量）。如果指定的宽度小于最大允许宽度，那么总线的较低位将被截去。

假设FIFO的深度为8（即可以存储8个数据字），可以指定一个2位的数据计数总线，这2位将只能提供四种状态：00（FIFO为空）、01（FIFO包含1到2个数据字）、10（FIFO包含3到4个数据字）、11（FIFO包含5到8个数据字）。

注意：
如果在clk的上升沿发生读或写操作，数据计数端口（data_count）将在相同的clk上升沿更新。这意味着在每个时钟周期结束时检查data_count的值，以确定FIFO的当前状态。

2 选择Native 接口采用Independent时钟Standard模式时（Built-in除外）

此时，需要配置Write Data Width 和Read Data Count。
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2.1 读数据计数（Read Data Count）

rd_data_count报告FIFO中可用于读取的数据字数量。它永远不会报告比实际可用的数据字更多的数量（尽管它可能会暂时报告更少的数量），以确保用户设计不会因读取过多数据而导致FIFO下溢。

宽度：可以指定读数据计数总线的宽度是最大宽度为log2(read depth)，其中read depth是FIFO的读取深度（即最大可以读取的数据字数量）。如果指定的宽度小于最大允许宽度，那么总线的较低位将被截去。

注意：
如果在rd_clk/clk的上升沿发生读操作，这个读操作将在下一个rd_clk/clk的上升沿反映在rd_data_count信号上。
在wr_clk/clk时钟域上的写操作可能需要经过多个时钟周期才能在rd_data_count中反映出来，这取决于FIFO的实现和跨时钟域同步的机制。
因此，在设计跨时钟域FIFO时，需要特别注意读写数据计数的更新和同步问题，以确保数据的正确性和系统的稳定性。

2.2 Write Data Count（写数据计数）

wr_data_count报告已写入FIFO的数据字数量。它永远不会报告比实际已写入的数据字更少的数量（尽管它可能会暂时报告更多的数量），以确保你永远不会因写入过多数据而导致FIFO溢出。
宽度：可以指定写数据计数总线的宽度，最大宽度为log2(write depth)，其中write depth是FIFO的写入深度（即最大可以写入的数据字数量）。如果指定的宽度小于最大允许宽度，那么总线的较低位将被截去。

注意：
如果在wr_clk/clk的上升沿发生写操作，这个写操作将在下一个wr_clk/clk的上升沿反映在wr_data_count信号上。
在rd_clk/clk时钟域上的读操作可能需要经过多个时钟周期才能在wr_data_count中反映出来，这取决于FIFO的实现和跨时钟域同步的机制。
因此，在设计跨时钟域FIFO时，需要特别注意读写数据计数的更新和同步问题，以确保数据的正确性和系统的稳定性。

3 选择Native 接口采用First-Word Fall-Through模式时

当采用该模式时，除了上述的数据计数、读数据计数和写数据计数意外，当采用common时钟时More Accurate Data Counts为默认必选项，如下图。
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当选择Native 接口采用First-Word Fall-Through模式时，如果使用了Independent时钟，More Accurate Data Counts为可选项。

More Accurate Data Count（更精确的数据计数），目的是适应深度的增加并确保提供准确的数据计数。

当在Vivado IDE中选择“More Accurate Data Count ”选项时，wr_data_count（写入数据计数）、rd_data_count（读取数据计数）和data_count（数据计数）的宽度将分别增加，以容纳在First-Word Fall-Through情况下深度的增加。具体来说，它们的宽度分别为log2(write depth)+1、log2(read depth)+1和log2(depth)+1。

例如，对于一个深度为16的独立FIFO，具有对称的读写端口宽度，并选择了First-Word Fall-Through选项，实际的FIFO深度将从15增加到17（因为First-Word Fall-Through会占用一个额外的空间）。当使用准确的数据计数时，wr_data_count和rd_data_count的宽度将是5位，最大值为31（因为log2(17) = 4，但加1后变为5）。

当使用此选项时，不能使用wr_data_count、rd_data_count或data_count的任何一位来表示FIFO的状态，比如大约半满、四分之一满等。因为数据计数器的宽度增加了，直接使用传统的位表示方法（如最高位表示满或空）将不再准确。

对于上面的例子，如果想判断FIFO是否至少半满，你必须同时检查数据计数的最高位（MSB）和次高位（MSB-1）。这是因为数据计数器的范围从0（空）到31（对于5位计数器），而不是从0到16（对应于原始的FIFO深度）。因此，需要一个更复杂的条件来判断FIFO的状态。

这个选项允许更准确地跟踪FIFO中的元素数量，特别是在First-Word Fall-Through模式下，但它也引入了对FIFO状态判断的复杂性。因此，在使用此选项时，需要特别注意如何解释数据计数器的值。