0引言
在现场可编程逻辑芯片的设计过程中不同模块之间的数据接口尤其是不同时钟系统的各个模块之间的数据接口是系统设计的一个关键用异步FIFO模块来实现接口，接口双方都在自己时钟的同步下进行工作它们之间不需要互相握手只需要跟接口FIFO模块进行交互即可即向接口FIFO模块中写入数据或从FIFO模块中读出数据。用这样一个缓冲FIFO模块实现FPGA内部不同时钟系统之间的数据接口使设计变得非常简单和容易所用的FIFO接口是XILINX公司提供的IP核。经过充分测试和优化，系统运行稳定占用的FPGA内部资源也非常少。
1 FIFO 类型
FIFO先进先出队列是一种在电子系统得到广泛应用的器件通常用于数据的缓存和用于容纳异步信号的频率或相位的差异FIFO的实现通常是利用双口RAM 和读写地址产生模块来实现的图1显示出了FIFO 的内部结构。
图1 FIFO内部结构图
FIFO的功能框图如图2 所示
图2 FIFO功能框图
根据读写操作的同步/异步标志方案的同步/异步第一个写操作以及复位功能的不同FIFO 存储器可分为4 大类：
(1)异步FIFO。 通常只有两个控制信号读使能( RE )与写使能( WE)信号标志信号有全空标志(EF)全满标志(FF) 可选半满标志(HF)几乎全满标志(AF) 几乎全空标志(AE)这些标志并不与任何时钟或事件同步但是反映读写指针的即时对照。
(2)选通式FIFO。与异步FIFO存储器相似选通FIFO通常使用读写选通UNCK和LDCK信号以及输出使能OE信号这类FIFO 通常提供半满标志(HF)可选几乎满标志(AF)几乎空标志(AE)全空标志(EF)和全满标志(FF)这些标志虽然反映读写指针但不与任何时钟或事件同步。
(3)标准同步FIFO。同步FIFO需要自由运行的读和写时钟RCLK 和WCLK 读写操作是与这些时钟同步的控制信号包括读使能信号FEN 写使能信号WEN和输出使能信号OE 标志方案使用全空标志全满标志和半满标志时序上不是FWFT 的因此写入FIFO 的第一个字先停留在一个在存储单元中。
(4)FWFT 同步FIFO。FWFT First Word Fall Through FIFO与标准FIFO相似它需要自由运行的读时钟和写时钟RCLK和WCLK读写操作与这些时钟同步控制信号包括读使能REN写使能WEN以及输出使能信号OE内部结构是首字直接通过First Word Fall Through 的即是写入FIFO 的第一个数据单元直接进入输出缓冲区而不是停在存储器单元其标志方案是FWFT结构的直接结果也与标准同步FIFO不同。FWFT FIFO 存储器使用输出预备OR和输入预备IR标志而不使用全空标志和全满标志。FWFT FIFO 也使用半空标志，也可选几乎全空标志和全满标志。
2 FPGA内部软FIFO的设计
FPGA中有几个大容量的RAM，本文以XILINX公司Spartan-ⅡE系列芯片为设计芯片。在Spartan-ⅡE系列芯片中包含两列BLOCk RAM，并且沿垂直边摆放。如图3所示
图3 双口 RAM
不同的Spartan-ⅡE系列芯片的所包含的Block RAM个数和位数如表1所示：
表1. Spartan-ⅡE BRAM
Spartan-ⅡE系列
个数
位数
XC2S50E
8
32/K位
XC2S100E
10
40/K位
XC2S150E
12
48/K位
XC2S200E
14
56/K位
XC2S300E
16
64/K位
XC2S400E
40
160/K位
XC2S600E
72
288/K位
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