Vivado IP核提供了強(qiáng)大的FIFO生成器，可以通過(guò)圖形化配置快速生成FIFO IP核。

本文將詳細(xì)介紹如何在Vivado中配置一個(gè)FIFO IP核,以及如何調(diào)用這個(gè)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，雙擊打開參數(shù)配置界面。

2、配置FIFO基本參數(shù)

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（1）接口類型

Native interface FIFOs：

這是最基本的FIFO接口,包括數(shù)據(jù)輸入、輸出端口、寫使能、讀使能等信號(hào)。

AXI Memory Mapped interface FIFOs：

這種接口將 FIFO 封裝為一個(gè)AXI內(nèi)存映射的IP核,可以通過(guò)AXI總線進(jìn)行訪問。

AXI4-Stream interface FIFOs：

這種接口兼容AXI4-Stream協(xié)議,適合在流式數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景中使用。

（2）時(shí)鐘類型和資源類型

時(shí)鐘：

同步時(shí)鐘（common clock） 和 異步時(shí)鐘（Independent clock）

資源：

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

3、配置fifo接口參數(shù)

（1）讀模式設(shè)置

Standard FIFO：標(biāo)誰(shuí)讀模式，接收到讀使能后下一個(gè)周期輸出數(shù)據(jù)

First Word Fall Through：先入先出模式，只有FIFO中有數(shù)據(jù)，則自動(dòng)輸出第一個(gè)數(shù)據(jù)，并保持這個(gè)數(shù)據(jù)輸出

（2）數(shù)據(jù)接口參數(shù)設(shè)置

FIFO讀數(shù)據(jù)接口的位寬和深度，F(xiàn)IFO寫數(shù)據(jù)接口的位寬和深度

（3）ECC和輸出寄存器設(shè)置

（4）初始化設(shè)置

4、狀態(tài)信號(hào)接口設(shè)置

根據(jù)實(shí)際需求，選擇對(duì)應(yīng)的狀態(tài)信號(hào)即可。

注意（Programmable Flags）：自定義FIFO緩存深度是否達(dá)到設(shè)定值的信號(hào)，可以用于設(shè)定半滿或半空信號(hào)。

5、計(jì)數(shù)端口設(shè)置

fifo已緩存的數(shù)據(jù)深度計(jì)數(shù)，可選。

6、FIFO設(shè)置參數(shù)總覽

這是FIFO IP的設(shè)置參數(shù)總覽，可看到資源消耗、寬度、深度、讀延遲等信息。

7、點(diǎn)擊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 寫時(shí)鐘

rd_clk 讀時(shí)鐘

din 數(shù)據(jù)輸入端口,寬度為配置的Data Width;

wr_en 寫使能信號(hào);

rd_en 讀使能信號(hào);

dout 數(shù)據(jù)輸出端口;

full 滿標(biāo)志,高電平表示FIFO滿;

empty 空標(biāo)志,高電平表示FIFO空;

almost_full 幾乎滿標(biāo)志;

almost_empty 幾乎空標(biāo)志;

valid 有效數(shù)據(jù)標(biāo)志

rd_data_count 讀計(jì)數(shù)

wr_data_count 寫計(jì)數(shù)

overflow 寫溢出標(biāo)記

underflow 讀溢出標(biāo)記

三、FIFO IP核的調(diào)用

FIFO IP核的調(diào)用很簡(jiǎn)單，只需要對(duì)接口進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪B接，并根據(jù)Full和Empty標(biāo)志控制讀寫使能信號(hào)。下面給出一個(gè)簡(jiǎn)單的調(diào)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

在這個(gè)例子中，din和wr_en分別連接到FIFO的輸入端口，dout和empty連接到輸出端口。在寫入數(shù)據(jù)時(shí)需要檢查full信號(hào)，在讀出數(shù)據(jù)時(shí)需要檢查empty信號(hào)，以避免overflow和underflow的情況發(fā)生。

下面是FIFO IP核的一個(gè)簡(jiǎn)單的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

這個(gè)testbench通過(guò) Applying 不同的讀寫使能信號(hào)來(lái)測(cè)試FIFO的寫入和讀取功能。

仿真測(cè)試圖：

（1）FIFO讀模式設(shè)置為“Standard FIFO”

valid信號(hào)完全由rd_en控制。

（2）FIFO讀模式設(shè)置為“First Word Fall Through”

緩存一定長(zhǎng)度數(shù)據(jù)后，自動(dòng)讀取第一個(gè)數(shù)據(jù)，并保持，直到下一個(gè)rd_en 信號(hào)到來(lái)。

四、總結(jié)

通過(guò)上面的描述，我們?cè)敿?xì)介紹了如何在Vivado中配置FIFO IP核，F(xiàn)IFO的接口信號(hào),以及如何調(diào)用FIFO IP核的一個(gè)簡(jiǎn)單例子。FIFO是一種非常常用的IP核，通過(guò)Vivado的FIFO Generator可以大大簡(jiǎn)化配置和使用FIFO的過(guò)程。