【FIFO IP系列】FIFO IP参数配置与使用示例

Vivado IP核提供了强大的FIFO生成器，可以通过图形化配置快速生成FIFO IP核。

本文将详细介绍如何在Vivado中配置一个FIFO IP核,以及如何调用这个FIFO IP核。

一、FIFO IP核的配置

1、新建FIFO IP

在Vivado的IP Catalog中找到FIFO Generator IP核，双击打开参数配置界面。

2、配置FIFO基本参数

（1）接口类型

Native interface FIFOs：

这是最基本的FIFO接口,包括数据输入、输出端口、写使能、读使能等信号。

AXI Memory Mapped interface FIFOs：

这种接口将 FIFO 封装为一个AXI内存映射的IP核,可以通过AXI总线进行访问。

AXI4-Stream interface FIFOs：

这种接口兼容AXI4-Stream协议,适合在流式数据传输场景中使用。

（2）时钟类型和资源类型

时钟：同步时钟（common clock）和异步时钟（Independent clock）

资源：block RAM、Distributed RAM、Shift Register、Built-in FIFO

3、配置fifo接口参数

（1）读模式设置

Standard FIFO:标谁读模式，接收到读使能后下一个周期输出数据

First Word Fall Through:先入先出模式，只有FIFO中有数据，则自动输出第一个数据，并保持这个数据输出

（2）数据接口参数设置

FIFO读数据接口的位宽和深度，FIFO写数据接口的位宽和深度

（3）ECC和输出寄存器设置

（4）初始化设置

4、状态信号接口设置

根据实际需求，选择对应的状态信号即可。

注意（Programmable Flags）：自定义FIFO缓存深度是否达到设定值的信号，可以用于设定半满或半空信号

5、计数端口设置

fifo已缓存的数据深度计数，可选。

6、FIFO设置参数总览

这是FIFO IP的设置参数总览，可看到资源消耗、宽度、深度、读延迟等信息。

7、点击OK生成FIFO IP核。

二、FIFO IP核的接口

生成的FIFO IP核提供以下接口:

wr_clk 写时钟

rd_clk 读时钟

din 数据输入端口,宽度为配置的Data Width;

wr_en 写使能信号;

rd_en 读使能信号;

dout 数据输出端口;

full 满标志,高电平表示FIFO满;

empty 空标志,高电平表示FIFO空;

almost_full 几乎满标志;

almost_empty 几乎空标志;

valid 有效数据标志

rd_data_count 读计数

wr_data_count 写计数

overflow 写溢出标记

underflow 读溢出标记

三、FIFO IP核的调用

FIFO IP核的调用很简单，只需要对接口进行适当的连接，并根据Full和Empty标志控制读写使能信号。下面给出一个简单的调用例子:

module fifo_test(
  input clk,
  input [17:0] din,
  input wr_en, rd_en,
  output valid,
  output [17:0] dout,
  output full, empty, overflow, underflow
);

fifo_generator_0 fifo_inst(
  .clk(clk),
  .din(din),
  .wr_en(wr_en),
  .rd_en(rd_en),
  .dout(dout),
  .full(full),
  .empty(empty),
  .overflow(overflow),
  .valid(valid), 
  .underflow(underflow)
);

endmodule

在这个例子中，din和wr_en分别连接到FIFO的输入端口，dout和empty连接到输出端口。在写入数据时需要检查full信号，在读出数据时需要检查empty信号，以避免overflow和underflow的情况发生。

下面是FIFO IP核的一个简单的testbench:

`timescale 1ns / 1ps

module fifo_testbench();

reg clk;
reg [17:0] din;
reg wr_en;
reg rd_en;
wire valid;
wire [17:0] dout;
wire full, empty, overflow, underflow;

fifo_test dut(
  .clk(clk),
  .din(din),
  .wr_en(wr_en),
  .rd_en(rd_en),  
  .dout(dout),
  .full(full),
  .empty(empty),
  .overflow(overflow),
  .valid(valid), 
  .underflow(underflow) 
);

always #5 clk = ~clk; 

initial begin
  clk = 0;
  wr_en = 0; rd_en = 0;
  
  #10;
  wr_en = 1; din = 18'd1;
  #10;
  wr_en = 1; din = 18'd2;
  #10;
  wr_en = 1; din = 18'd3;

  #10;
  wr_en = 0; rd_en = 1;
  #10;
  wr_en = 0; rd_en = 1;

  #10;
  wr_en = 1; din = 18'd4;
  wr_en = 1; din = 18'd5;

  #10;
  wr_en = 0; rd_en = 1;
  #10
  wr_en = 0; rd_en = 1;

  #10;
  $finish;
end

endmodule

这个testbench通过 Applying 不同的读写使能信号来测试FIFO的写入和读取功能。

仿真测试图：

（1）FIFO读模式设置为“Standard FIFO”

valid信号完全由rd_en控制。