米联客(MSXBO)浅谈XILINX FPGA FIFO使用

1.1概述

考虑到很多客户对于FPGA的基础知识掌握不够扎实，也不是每个客户的悟性都非常高，所以准备在原来的FPGA基础入门10个课时基础上再增加一些demo，给大家FPGA学习使用。当然有基础的完全可以跳过基础部分内容。

         首先来大概了解下说明是否FIFO ,FIFO( First Input First Output)简单说就是指先进先出。FIFO也是缓存机制的一种，下面是我总结的FIFO的三大用途：

1)、提高传输效率，增加DDR带宽的利用率。比如我们有4路视频数据缓存到DDR中去，比较笨的方法是，每个通道视频数据对应一颗DDR。现在对于DDR来说非常浪费，因为现在的DDR3可以跑1600Mbps DDR4可以跑到2400Mbps，如果你还是把一路视频数据对应一颗DDR显然严重浪费了带宽。加入FIFO后，只要把4路数据先缓存进入DDR，在缓存的过程中，快速得把数据从FIFO取出并且写入到DDR中，只要FIFO没有满就不会出现数据丢失。现在我们带宽够用，FIFO给的足够大就可以确保数据不丢失。

2)、数据位宽转换，比如我们有32bit的数据需要转换成128bit或者32bit的数据需要转换成8bit,那么用FIFO来转换也是非常方便的。

3)、跨时钟域的应用，比如数据是2个不同步的时钟，那么我们就可以用FIFO实现跨时钟域的传输。

以上总计的三点，很多时候是混合使用的。FIFO的用途非常大，我们在后面的例子中也看到，只要涉及到DDR传输的都和FIFO有关系。

我们这里的例子通过仿真告诉大家FIFO的基本用法，有两条我总结的办法，包括：

1)半空半/满法

2)关键信号法

1.2配置FIFO IP

点击软件左侧的IP Catalog

输入关键词fifo,会出来非常多的FIFO类型

1)、AXI4-Stream FIFO内核旨在提供对与其他IP连接的AXI4-Stream接口（例如AXI以太网内核）的内存映射访问。 必须通过Vivado Design Suite构建系统，以连接AXI4-Stream FIFO内核，AXI以太网内核，处理器，内存，互连总线，时钟和其他嵌入式组件。

2)、AXI4-Stream Data FIFO 支持AXI4-Stream协议，具备packet包传输模式。

3)、AXI Data FIFO 就是数据FIFO 功能较为单一，接口为Stream接口

4)、FIFO Generator 支持Native 模式，AXI Memory Mapped模式 AXI Steam模式功能比较齐全，在没有AXI4或者AXI Stream协议的场合下，我们更多使用Native模式，这里的课程也以Native模式讲解。

选择First Word Fall Through 这样写入的数据，会先在读端口准备好，否作如果选择Standard FIFO需要读使能后一个时钟输出才有效。

观察almost full 和almost empty flag 这两个信号是可编程的，一些应用场景也是可以用到。

设置读计数器和写计数器，这不是必须的，我们第一个半空半满方法需要用到。

1.3半空/半满法控制读写FIFO

半空/半满法，功法要点：半空是针对读FIFO计数器而言，半满是针对写FIFO计数器而言；这里强调一点，FIFO的计数器并不精准，计数器会有几个时钟的延迟，所以这里的半空，半满的计数器大部分时候都是不精确的，除非你把程序停下来等几个时钟周期，显然这样不科学，会降低程序的效率。虽然不精确但是完全够用。因为读写FIFO一直在一个动态平衡中。

比如，我们这里的FIFO输入32bit 深度1024；输出128bit 深度256，这里的半空值就是128，半满值就是512。下面设计我们的状态机：

1)、状态0：当写入FIFO计数器小于512 则进入状态1

2)、状态1：当连续写入FIFO 512个数据后，再次进入状态0等待

读状态机的设计，每次读出128bt数据：

1)、