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【教程】“最恶劣”的FIFO深度计算

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发表于 2020-2-22 20:54:46 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本文设计思想采用明德扬至简设计法。在使用FPGA设计系统时,常需要利用FIFO进行数据缓存保证数据不丢失,因此计算FIFO深度是至关重要的。FIFO的深度主要取决于“最恶劣”的情况,以下对于两种最常见的场合进行分析。

一.已知读写两侧带宽及最恶劣情况,求FIFO深度


如:对于异步FIFO,写时钟100MHZ,读时钟80MHZ。读写位宽均为16bit。已知每100个写周期最多写入960bit数据,读侧每时钟读取一个数据。



问:FIFO深度至少为多少?


分析:         典型的“背靠背”情况,此时最恶劣的情况是第一次100个写周期内后60个周期连续写入60个数据和第二次100个写周期内前60个周期连续写入60个数据。故上述最恶劣情况下的连续写入120个数据后FIFO内缓存数据最多。计算此时写入数据-该阶段读出数据即为FIFO的最小深度。

计算:
     t = 120*Tw   Nwr = 120Nrd = t/Trd = 120*Twr/Trd = 120*frd/fwr = 120*80/100 = 96x = Nwr - Nrd = 120 - 96 = 24.  由于FIFO深度只能取2的整数次幂,因此最小深度为2^5 = 32.


二.为保证数据连续输出,求读取前FIFO内至少缓存数据量


如:异步FIFO,写入时钟80MHZ,读取时钟100MHZ。数据位宽1byte。写侧连续写入均为8192B长度的数据包。


问:为保证输出连续不间断,存够多少数据后才能开始发送?


分析:
    此场景为写入一定数据后开始读取FIFO,那么最恶劣的时刻当然是刚开始读取的时间点。想要保证输出连续,则必须满足:读取8192B数据期间写入的数据+已缓存数据 ≥8192B


计算:
    t = 8192*TrdNrd = 8192Nwr = t/Twr = 8192*Trd/Twr = 8192*fwr/frd = 8192*80/100 = 6553.6B发送水线x满足 Nwr +x = 8192 --> x = 8192 - Nwr = 1638.4B  FIFO深度为2^11 = 2048.






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