同步FIFO设计(verilog)

module syn_fifo(clk,reset,wr,rd,din,dout,full,empty);

input clk,reset,wr,rd;

input[7:0] din;

output[7:0] dout;

output full,empty;

wire[7:0] din;

wire[7:0] doubt;

wire full,empty;

reg[2:0] wp,rp;

reg w_full,r_empty;

reg[7:0] fifo[7:0];

assign full=w_full;

assign empty=r_empty;

assign doubt=fifo[rp]; //output the data rp pointed

//data wire in the FIFO

always @ (posedge clk)

begin

if ((wr==1'b0)&&(w_full==1'b0))

fifo[wp]<=din;

end

//wp(indicate then adress of the coming new data)modified always @(posedge reset or posedge clk)

begin

if(reset)

wp<=1'b0;

else

begin

if((wr==1'b0)&&(w_full==1'b0))

begin

if(wp==3'b111)

wp<=3'b000;

else

wp<=wp+1'b1;

end

end

end

//rp(indicate the address of data which was readout) modefied

always @(posedge reset or posedge clk)

begin

if(reset)

rp<=3'b111;

else

begin

if((rd==1'b0)&&(r_empty==1'b0))

begin

if(rp==3'b111)

rp<=3'b000;

else

rp<=rp+1'b1;

end

end

end

//generate 'empty' indication

always @(posedge reset or posedge clk)

begin

if(reset)

r_empty=1'b1;

else

begin

if(((rd==1'b0)&&(wr==1'b1))&&((rp==wp-3'b010)||((rp==3'b111)&&(wp==3'b001))||((rp==3'b11 0)&&(wp==3'b000))))

r_empty<=1'b1;

else if((r_empty==1'b1)&&(wr==1'b0))

r_empty<=1'b0;

end

end

//generate 'full' indication

always @(posedge reset or posedge clk)

begin

if(reset)

w_full<=1'b0;

else

begin

if((rp==wp)&&(wr==1'b0)&&(rd==1'b1))

w_full<=1'b1;

else if((w_full==1'b1)&&(rd==1'b0))

w_full<=1'b0;

end

end endmodule

同步缓冲器(FIFO)的设计与实现..

同步缓冲器(FIFO)的设计与实现 姓名：崔琦 学号：100260305 班级：2010级电科3班 院系：电气与信息工程学院 专业：电子科学与技术 同组人姓名：梁承润 李建凯 （说明：我们三个人前面的报告部分是一样的，因为课设基本是三个人商议完成，所以就感觉报告部分没什么不同的就只写了一份报告）

目录 1原理与系统设计 (3) 2设计思想 (4) 3源码与注释 (5) 4仿真 (12) 5综合 (15) 6心得体会与建议 (19)

1 原理与系统设计 FIFO（First In First Out）——是一种可以实现数据先入先出的存储器件。FIFO就像一个单向管道，数据只能按固定的方向从管道一头进来，再按相同的顺序从管道另一头出去，最先进来的数据必定是最先出去。FIFO被普遍用作数据缓冲器。 FIFO的基本单元是寄存器，作为存储器件，FIFO的存储能力是由其内部定义的存储寄存器的数量决定的。本题中所设计的是同步FIFO（即输出输入端时钟频率一致），异步复位，其存储能力为（16x8），输出两个状态信号：full与empty，以供后继电路使用。 根据系统要求，画出的系统框图，如图1所示 clock reset 读控制信号写控制信号 input full empty output 图1同步FIFO框图 端口说明： 输入：in_data: 输入数据端口，位宽为8位； read_n: 读使能端，当read_n=0时，可以读出数据； write_n: 写使能端，当write_n=0时，可以写入数据； clock: 时钟信号，在时钟的正边沿进行采样； reset_n: 复位信号，当reset_n=0时，计数器及读写都被清零（即：读写地址指针都指向0） 输出：out_data: 输出数据端口，位宽为8位;； full：FIFO状态信号，当full=1时，表明该FIFO存储器已经写满； empty：FIFO状态信号，当empty=1时，表明该FIFO存储器已经读空；

一个异步FIFO的设计示例

一、异步FIFO 技术规 1. 总体描述 1.1. 功能定义 异步FIFO ( First In First Out)指的是在两个相互独立的时钟域下, 数据从一个时钟域写入FIFO 而另一个时钟域又从这个FIFO 中将数据读出。 本设计用8*256的RAM 实现异步FIFO 。 具体功能： 1． 写使能有效，且FIFO 不为满时，在写时钟的上升沿向FIFO 中写入数据。 2． 读使能有效，且FIFO 不为空时，在读时钟的上升沿从FIFO 中读出数据。 3． 当FIFO 写满时产生满信号，当FIFO 读空时产生空信号。 1.2. 应用围 异步FIFO 是用来作为缓冲的存储器, 它能对数据进行快速、顺序的存储和发送, 主要用来解决不同速率器件间的速率匹配问题。 2. 引脚描述 图1 2.1. 引脚功能描述

2.2.引脚时序描述 当写满时full由低变高，当读空时empty由低变高。只要不为满full就为低，不为空empty就为低。 3.顶层模块划分

图2 顶层模块说明： 1．ram_fifo ：存储器模块，用于存放及输出数据； 2．w_addr_reg : 保存访问RAM的写地址； 3．r_addr_reg : 保存访问RAM的读地址； 4．w_addr_adder : 计算RAM下一个写地址； 5．r_addr_adder: 计算RAM下一个读地址； 6．cmp : 将读地址和写地址进行比较产生空满标志。 设计思想说明： FIFO满空的判定：当读地址的值加1之后等于写地址的值时，表明FIFO写满，当写地址的值加一之后等于读地址的值时，表明FIFO读空。在初始状态时FIFO的读地址在RAM 的中间位置，写地址在RAM的开始位置，所以初始状态FIFO不满也不空。空满信号的产生由组合电路产生。 4.功能模块描述

(完整版)异步FIFO设计

异步FIFO设计文档 一、概述 在大规模ASIC或FPGA设计中，多时钟系统往往是不可避免的，这样就产生了不同时钟域数据传输的问题，其中一个比较好的解决方案就是使用异步FIFO来作不同时钟域数据传输的缓冲区，这们既可以使相异时钟域数据传输的时序要求变得宽松，也提高了它们之间的传输效率。此文内容就是阐述异步FIFO的设计。 二、设计原理 2.1结构框图 Fig. 2.1.1 如上图所示的同步模块synchronize to write clk，其作用是把读时钟域的读指针rd_ptr采集到写时钟（wr_clk）域，然后和写指针wr_ptr进行比较从而产生或撤消写满标志位wr_full；类似地，同步模块synchronize to read clk 的作用是把写时钟域的写指针wr_ptr采集到读时钟域，然后和读指针rd_ptr进行比较从而产生或撤消读空标志位rd_empty。 另外还有写指针wr_ptr和写满标志位wr_full产生模块，读指针rd_ptr和读模块。RAM产生模块，以及双端口存储rd_empty空标志位 2.2 二进制计数器存在的问题 异步FIFO读写指针需要在数学上的操作和比较才能产生准确的空满标志位，但由于读写指针属于不同的时钟域及读写时钟相位关系的不确定性，同步模块采集另一时钟域的指针时，此指针有可能正处在跳变的过程中，如图Fig.2.2.1所示，那么采集到的值很有可能是不期望的值，当然，不期望的错误结果也会随之发生。

Fig. 2.2.1 上图中，rd_ptr2sync 3和4以及4和5之间的中间态是由于到各寄存器的时钟 rd_clk存在偏差而引起的。二进制的递增操作，在大多数情况下都会有两位或者两以上的bit位在同一个递增操作内发生变化，但由于实际电路中会存在时钟偏差和不同的路径延时，二进制计数器在自增时会不可避免地产生错误的中间结果，如图Fig.2.2.2。 Fig.2.2.2 上升沿到达rd_clk的电路原型以及局部波形的放大。由于Fig.2.2.1上图是 三寄存器的时间各不相同，这就导致了rd_ptr2sync的值从3'b011跳变3'b100的过程中经历了3'b111和3'b101，直到最后一个时钟（rd_clk0）沿的到来rd_ptr2sync 才跳变到正确结果3'b100。中间结果的持续的时间虽然相对短暂，但是这些不正确的结果完全有可能被其它时钟域的同步模块采集到而产生错误的动作，见上图。由此可见，要避免中间结果的产生，其中一个可行的方案就是使被同步模块采集的数据递变时，每次只有一个bit位发生改变。格雷码计数器就是一个不错的选择。 2.3 格雷码计数器的实现 2.3.1 格雷码的表现形式 格雷码一个最大的特点就是在递增或递减的过程中，每次只变化一位，这是它最大的优点。同时它也有自己的局限性，那就是循环计数深度必须是2的n次幂，否则就失去了每次只变化一位的特性。深度为16的二进制及格雷码递变表如下：Binary Gray 0 0000 0000

verilog综合心得

综合：不可综合的运算符：= = = ，!= =，/（除法），%（取余数）。 1、不使用初始化语句。 2、不使用带有延时的描述。 3、不使用循环次数不确定的循环语句，如：forever、while等。 4、尽量采用同步方式设计电路。 5、除非是关键路径的设计，一般不调用门级元件来描述设计的方法，建议采用行为语句来完成设计。 6、用always过程块描述组合逻辑，应在信号敏感列表中列出所有的输入信号。 7、所有的内部寄存器都应该能够被复位，在使用FPGA实现设计时，应尽量使用器件的全局复位端作为系统总的复位。 8、在verilog模块中，任务（task）通常被综合成组合逻辑的形式，每个函数（function）在调用时通常也被综合为一个独立的组合电路模块。 9、用户自定义原语（UDP）是不可综合的，它只能用来建立门级元件的仿真模型。 一般综合工具支持的V erilog HDL结构

移位运算符：V erilog HDL提供向右（>>）及向左(<<)两种运算符，运算符高位或地位一旦移出即予丢弃，其空缺的位则予以补零。 连续赋值语句（assign）、case语句、if…else语句都是可以综合的 initial 语句内若包含有多个语句时，必须以begin end 作聚合；单一的初值赋值，因此并不需以begin end做聚合。 循环（Loops）并不能单独地在程序中存在，而必须在initial和always块中才能使用。initial过程块中的语句仅执行一次，而always块中的语句是不断重复执行的。 编写顶层模块的注意事项 每个端口除了要声明是输入、输出还是双向外，还要声明其数据类型，是连线型（wire）还是寄存器型（reg），如果没有声明则综合器默认为wire型。 1、输入和双向端口不能声明为寄存器型。 2、在测试模块中不需要定义端口。 编写testbentch所归纳的心得

同步FIFO之VHDL描述

同步F I F O之V H D L描述(1)同步FIFO之VHDL描述 同步FIFO的意思是说FIFO的读写时钟是同一个时钟，不同于异步FIFO，异步FIFO的读写时钟是完全异步的。同步FIFO的对外接口包括时钟，清零，读请求，写请求，数据输入总线，数据输出总线，空以及满信号。下面分别对同步FI FO的对外接口信号作一描述： 1．时钟，输入，用于同步FIFO的读和写，上升沿有效； 2．清零，输入，异步清零信号，低电平有效，该信号有效时，FIFO被清空； 3．写请求，输入，低电平有效，该信号有效时，表明外部电路请求向FIF O写入数据； 4．读请求，输入，低电平有效，该信号有效时，表明外部电路请求从FIF O中读取数据； 5．数据输入总线，输入，当写信号有效时，数据输入总线上的数据被写入到FIFO中； 6．数据输出总线，输出，当读信号有效时，数据从FIFO中被读出并放到数据输出总线上； 7．空，输出，高电平有效，当该信号有效时，表明FIFO中没有任何数据，全部为空； 8．满，输出，高电平有效，当该信号有效时，表明FIFO已经满了，没有空间可用来存贮数据。 使用VHDL描述的FIFO将以上面的接口为基础，并且可以参数化配置FIFO的宽度和深度。先把对外接口描述出来吧。

------------------------------------- -- Designer : skycanny -- Date : 2007-1-29 -- Description : Synchronous FIFO created by VHDL library ieee; use sfifo is generic(width : positive depth : positive ); port ( clk : in std_logic; rst : in std_logic; wq : in std_logic; rq : in std_logic; data : in std_logic_vector(width - 1 downto 0); q : in std_logic_vector(width - 1 downto 0); empty : out std_logic; full : out std_logic ); end entity sfifo;

用FIFO设计AD与DSP之间的接口.

用FIFO设计A/D与DSP之间的接口 摘要：在采用CCD对非透明薄板厚度的测量系统设计中，采用高速A/D和DSP等器件进行电路设计可以确定CCD的像点位置。由于Ａ／Ｄ转换器的采样速率和ＤＳＰ的工作时钟频率相差非常大，为了提高DSP 的工作效率，避免数据丢失和控制方便，采用小容量的FIFO作为两者之间的接口可以产生很好的效果。 关键词：A/D；DSP；FIFO １前言 在使用ＣＣＤ对非透明薄板厚度的测量系统设计中，笔者采用高速Ａ／Ｄ和ＤＳＰ等器件设计信号采集和处理电路来确定ＣＣＤ的像点位置。其具体电路如图１所示，该信号采集和处理电路由ＣＣＤ驱动电路、加法电路、滤波放大等信号预处理电路、Ａ／Ｄ转换电路、ＦＩＦＯ、ＤＳＰ电路、时序与逻辑控制产生电路、ＵＳＢ总线接口电路等组成。其中ＤＳＰ芯片选用ＴＩ公司生产的ＴＭＳ３２０Ｃ６２１１高速数字信号处理芯片它主要用于对Ａ／Ｄ转换后的数据进行插值和重心算法处理，从而确定ＣＣＤ上像元的位置，然后把处理后的数据通过ＵＳＢ总线传输到ＰＣ机进行厚度计算、结果显示、存储等后续处理。该电路所需的时钟信号和采样逻辑控制时序由一片ＦＰＧＡ芯片产生。 当模拟信号由ＡＤＣ转换成数字信号后，往往都需要输入ＤＳＰｓ的ＣＰＵ作进一步处理。但Ａ／Ｄ转换后数据输出与ＤＳＰ的读外部数据的时钟很难精确地配合。即使ＤＳＰ能读取到外部总线上的数据，由于Ａ／Ｄ速率是４ＭＨｚ，ＤＳＰ外部存储器时钟为９０ＭＨｚ，为了读到总线上的数据，ＤＳＰ外部存储器读写时钟也必须控制在４ＭＨｚ，这样就大大降低了ＤＳＰ的使用效率，同时再加上ＤＳＰ处理数据也需要一定的时间，而不能一味地读取外部数据。所以，为了控制方便，避免数据丢失，设计时应采用小容量的ＦＩＦＯ作为两者之间的接口。本设计选用的ＦＩＦＯ芯片是Ｃｙｐｒｅｓｓ公司的ＣＹ７Ｃ４２５－２５ｎｓ。该芯片容量为１ｋ×９ｂｉｔ，存取时间最大为２５ｎｓ，读写周期最小为３５ｎｓ。该器件具有半满（ＨＦ）、全满（ＦＦ）和空（ＥＦ）三个标志位输出，可以同时满足深度和宽度级联的需要。 图1 ２ＤＳＰ与ＦＩＦＯ芯片的工作原理 ２．１ＦＩＦＯ读写过程 ＦＩＦＯ的一次读写过程如图２所示，由于ＦＩＦＯ是顺序读取数据，因此只需提供读写和其它控制信号线，而不需要一般ＲＡＭ所需的地址线。若将两路Ａ／Ｄ输出的数据存入ＦＩＦＯ中，每片ＦＩＦＯ用８ｂｉｔ两片ＦＩＦＯ即可级联构成１６ｂｉｔ的数据宽度。由于ＦＩＦＯ采用的是５Ｖ供电，所以经电压转换器件７４ＬＶＴＨ２４４可将５Ｖ数据信号电平转换成３．３Ｖ，然后与ＤＳＰ的１６Ｂｉｔ外部数据总线相连。再由ＦＩＦＯ的半满信号ＨＦ作为外部中断信号，当ＦＩＦＯ存储器半满时，便可

异步fifo设计及时序约束设置

一、前言 跨时钟域的同步处理，使用异步FIFO是常用的方式之一，对于异步FIFO的设计，网上的大部分资料来源于《Simulation and Synthesis Techniques for Asynchronous FIFO Design》一文 其异步FIFO的结构如下图所示 本文不是介绍上图描述的设计。我从基本的数字电路时序开始，介绍异步FIFO的相关问题。最后介绍如何用时序约束保证设计的正确性 二、数字电路时序 对于数字电路来讲，我们的信号在时钟边沿发生变化，Dat1信号是一种理想情况，而Dat2是实际情况，其特点是 一、相对时钟边沿有延时 二、信号变化有一段时间(电平转换时间)，在这段时间就是亚稳态 在亚稳态期间进行数据采样，不能获得稳定的值。数字电路中经过时序约束，在T1产生的信号，在T2一定稳定(否则就是不满足时序)，所以对于只有一个时钟的数字电路来说，它在T1和T2都能获得稳定的信号(T1时刻的值为0、T2时刻的值为1)

三、跨时钟域时序问题 对于异步时钟而言(相位不同)，对于CLK1产生的信号，CLK2有可能在任意时刻进行数据采样 在FIFO的设计中，将会产生2种信号，一种是数据本身(用Data表示)，另外一种是指示数据是否有效(用valid表示)，注意(valid不一定是一个比特的寄存器，可以是由FIFO中的读写指针产生而来，例如fifo的full或empty状态) 异步FIFO的问题在于，如果CLK2在时钟T2进行采样，那么有可能得到valid有效，而数据无效的情况。这样在CLK2采样取得的设计就是错误的数据。 四、处理异步FIFO的valid和data（理论基础） 我们假设valid为低电平表示没有数据，高电平为有数据，解决的办法就是，当CLK对valid进行采样时，即使valid处于亚稳态期间，数据信号也是稳定的 如上图所以，在T1时刻进行上升沿采样，虽然valid是一个亚稳态状态，但是此时Data 是一个稳定的值，如果在T1时刻采样的valid为1，那么可以得到稳定的Data信号，如果在T1时刻采样的valid为0，那么控制逻辑认为在T1无法获得数据，从而在下一个时钟获取 注意：T2时刻是在下降沿进行采样，而此时的Data信号也是稳定的

非常好的Verilog设计经验谈

时序是设计出来的 我的boss有在华为及峻龙工作的背景，自然就给我们讲了一些华为及altera 做逻辑的一些东西，而我们的项目规范，也基本上是按华为的那一套去做。在工作这几个月中，给我感触最深的是华为的那句话：时序是设计出来的，不是仿出来的，更不是湊出来的。 在我们公司，每一个项目都有很严格的评审，只有评审通过了，才能做下一步的工作。以做逻辑为例，并不是一上来就开始写代码，而是要先写总体设计方案和逻辑详细设计方案，要等这些方案评审通过，认为可行了，才能进行编码，一般来说这部分工作所占的时间要远大于编码的时间。 总体方案主要是涉及模块划分，一级模块和二级模块的接口信号和时序（我们要求把接口信号的时序波形描述出来）以及将来如何测试设计。在这一级方案中，要保证在今后的设计中时序要收敛到一级模块（最后是在二级模块中）。什么意思呢？我们在做详细设计的时候，对于一些信号的时序肯定会做一些调整的，但是这种时序的调整最多只能波及到本一级模块，而不能影响到整个设计。记得以前在学校做设计的时候，由于不懂得设计时序，经常因为有一处信号的时序不满足，结果不得不将其它模块信号的时序也改一下，搞得人很郁闷。 在逻辑详细设计方案这一级的时候，我们已经将各级模块的接口时序都设计出来了，各级模块内部是怎么实现的也基本上确定下来了。 由于做到这一点，在编码的时候自然就很快了，最重要的是这样做后可以让设计会一直处于可控的状态，不会因为某一处的错误引起整个设计从头进行。 ==================================================================== 如何提高电路工作频率 对于设计者来说，我们当然希望我们设计的电路的工作频率（在这里如无特别说明，工作频率指FPGA片内的工作频率）尽量高。我们也经常听说用资源换速度，用流水的方式可以提高工作频率，这确实是一个很重要的方法，今天我想进一步去分析该如何提高电路的工作频率。 我们先来分析下是什么影响了电路的工作频率。 我们电路的工作频率主要与寄存器到寄存器之间的信号传播时延及 clock skew有关。在FPGA内部如果时钟走长线的话，clock skew很小，基本上可以忽略, 在这里为了简单起见，我们只考虑信号的传播时延的因素。 信号的传播时延包括寄存器的开关时延、走线时延、经过组合逻辑的时延（这样划分或许不是很准确，不过对分析问题来说应该是没有可以的），要提高电路的工作频率，我们就要在这三个时延中做文章，使其尽可能的小。 我们先来看开关时延，这个时延是由器件物理特性决定的，我们没有办法去改变，所以我们只能通过改变走线方式和减少组合逻辑的方法来提高工作频率。

【CPLD Verilog】CPLD实现同步FIFO

CPLD实现同步FIFO 1 实现原理 CPLD实现8个字节的同步FIFO，实现8个字节数据的缓存。CPLD内部模块逻辑框图如下所示。 Data_a_we_pulse写数据到FIFO的使能信号。 Data_a_rd_pulse从FIFO读取数据的使能信号。 Data_a_in和Data_a_out分别表示写入FIFO和从FIFO读出的数据的值。 Data_a_we_full指示FIFO写满的状态。 Data_a_rd_nop指示FIFO读空的状态。 2 CPLD代码 module fifo_8B ( clk, reset_n, data_a_in, data_a_we_pulse,

data_a_we_full, data_a_out, data_a_rd_pulse, data_a_rd_nop ); input clk; input reset_n; input [7:0] data_a_in; input data_a_we_pulse; output data_a_we_full; output [7:0] data_a_out; input data_a_rd_pulse; output data_a_rd_nop; //////////////////////////FIFO 写入数据逻辑//////////////////////////// reg [7:0] fifo_mem [7:0]; //FIFO空间，8个8bit的空间 reg [2:0] fifo_we_addr; //FIFO写地址寄存器 reg fifo_we_addr_reverse_pulse; //FIFO写地址翻转状态寄存器，用于指示写//地址是否从最大地址翻转回到最小地址 always@(posedge clk or negedge reset_n) begin if(reset_n == 1'b0)

FPGA异步fifo设计完整报告

目录 一、技术规范 (3) 1、设计完成的功能： (3) 2、系统整体框图： (3) 3、I/O管脚的描述： (3) 4、验证和测试工具选择： (4) 5、说明关键模块： (4) 6、拟选用的FPGA类型： (4) 二、FIFO总体设计方案 (5) 系统功能描述： (5) 电路结构图： (5) 系统的总体输入输出设定 (6) 系统时序分析： (6) 关键模块设计分析： (7) 三、ＦＩＦＯ验证方案 (8) FIFO功能： (8) 1、概述： (8) 2、预确认： (8) 3、模块运行确认： (9) 4、系统运行确认： (9) 四、仿真激励代码 (10) 五、电路设计FIFO源代码 (11)

六、FPGA设计FIFO综合布局布线报告： (16) 综合引脚分配： (16) 电路布局布线： (16) 七、时序仿真报告 (17) 时序仿真波形： (17) 八、FIFO下载代码和引脚分布 (17) 系统输入输出引脚分布： (21) 九、心得体会 (21)

技术规范 1、设计完成的功能： 本实验完成的是8位异步FIFO的设计，其中写时钟100MHz,读时钟为5MHz，其中RAM的深度为256。当写时钟脉冲上升沿到来时，判断写信号是有效，则写一个八位数据到RAM中；当读时钟脉冲上升沿到来时，判断读信号是有效，则从RAM中把一个八位数据读出来。当RAM中数据写满时产生一个满标志，不能再往RAM再写数据；当RAM中数据读空时产生一个满标志，不能再从RAM读出数据。 2、系统整体框图：

3、I/O管脚的描述： 管脚名称方向H/L电平位宽功能描述 rst_n input 3.3V/01全局复位信号 rd_en input 3.3V/01读使能低有效 wr_en input 3.3V/01写使能低有效 rd_empty output 3.3V/01读空标志高有效wr_full output 3.3V/01写满标志高有效rd_data output 3.3V/08数据输出 wr_data input 3.3V/08数据写入 clk_100M input 3.3V/01写数据时钟 clk_5M input 3.3V/01读数据时钟 4、验证和测试工具选择： Modelsim SE6.1f进行前仿真和后仿。在软件QuartusII中进行综合。 5、说明关键模块： 对控制输入的读写地址要进行设计，以便在写满或是读空只产生一个标志，以此来实现对FIFO的缓冲的控制。也就是读地址加1与写地址相等则为读空，产生读空标志；写地址加1与读地址相等则为读空，产生写满标志 6、拟选用的FPGA类型：ep1cq240c8n

verilog同步和异步FIFO,可直接仿真和综合

EDA/SOPC课程设计报告 题目：同异步FIFO模块的设计与验证 姓名： xxx 学号： 120260320 同组人： xxx 指导教师： xxx 成绩：

目录 目录................................................................................................................................................... II 第1章课程设计的要求 . (1) 1.1 课程设计的目的 (1) 1.2 课程设计的条件 (1) 1.3 课程设计的要求 (1) 第2章课程设计的内容 (2) 2.1 设计思路 (2) 2.2 软件流程图 (3) 2.3 HDL代码阐述 (7) 2.4 ModelSim验证 (13) 第3章课程设计的心得 (21)

第1章课程设计的要求 1.1 课程设计的目的 ●掌握FIFO设计的基本原理与方法 ●培养Verilog语言模块化设计的思想意识 ●完成一个FIFO的设计与验证 ●掌握较大工程的基本开发技能 ●培养综合运用Modelsim工具进行硬件开发的能力 ●培养数字系统设计的基本能力 ●加强对课堂Verilog语言学习的理解与升华 1.2 课程设计的条件 ●设计条件ISE、Modelsim等开发软件的使用 1.3 课程设计的要求 ●设计要求1 设计同步FIFO并验证(包括仿真验证、FPGA验证) ●设计要求2 设计异步FIFO并验证（包括仿真验证、FPGA验证） ●设计要求3 采用Design Compiler完成其逻辑综合，评估其面积和时序 ●设计要求4 完成综合后的SDF反标仿真

个人总结FPGA设计中Verilog编程的27条经验

个人总结Verilog编程27条经验 1.强烈建议用同步设计； 2.在设计时总是记住时序问题； 3.在一个设计开始就要考虑到地电平或高电平复位、同步或异步复位、上升沿 或下降沿触发等问题，在所有模块中都要遵守它； 4.在不同的情况下用if和case，最好少用if的多层嵌套（1层或2层比较合 适，当在3层以上时，最好修改写法，因为这样不仅可以reduce area，而且可以获得好的timing）； 5.在锁存一个信号或总线时要小心，对于整个design，尽量避免使用latch， 因为在DFT时很难test； 6.确信所有的信号被复位，在DFT时，所有的FlipFlop都是controllable； 7.永远不要再写入之前读取任何内部存储器（如SRAM）； 8.从一个时钟到另一个不同的时钟传输数据时用数据缓冲，他工作像一个双时 钟FIFO（是异步的），可以用Async SRAM搭建Async FIFO； 9.在VHDL中二维数组可以使用，它是非常有用的。在VERILOG中他仅仅可以使 用在测试模块中，不能被综合； 10.遵守register-in register-out规则； 11.像synopsys的DC的综合工具是非常稳定的，任何bugs都不会从综合工具中 产生 12.确保FPGA版本与ASIC的版本尽可能的相似，特别是SRAM类型，若版本一致 是最理想的，但是在工作中FPGA版本一般用FPGA自带的SRAM，ASIC版本一般用厂商提供的SRAM； 13.在嵌入式存储器中使用BIST； 14.虚单元和一些修正电路是必需的； 15.一些简单的测试电路也是需要的，经常在一个芯片中有许多测试模块； 16.除非低功耗不要用门控时钟，强烈建议不要在design中使用gate clock； 17.不要依靠脚本来保证设计。但是在脚本中的一些好的约束能够起到更好的性 能（例如前向加法器）； 18.如果时间充裕，通过时钟做一个多锁存器来取代用MUX； 19.不要用内部tri-state, ASIC需要总线保持器来处理内部tri-state，如IO cell； 20.在top level中作pad insertion； 21.选择pad时要小心（如上拉能力，施密特触发器，5伏耐压等），选择合适的 IO cell； 22.小心由时钟偏差引起的问题； 23.不要试着产生半周期信号； 24.如果有很多函数要修正，请一个一个地作，修正一个函数检查一个函数； 25.在一个计算等式中排列每个信号的位数是一个好习惯，即使综合工具能做； 26.不要使用HDL提供的除法器； 27.削减不必要的时钟。它会在设计和布局中引起很多麻烦，大多数FPGA有1－ 4个专门的时钟通道；

双口ram实现同步fifo(源代码)

module fifo_ram(fifo_reset,clk,r,w,read_data,write_data, full,empty,Fcounter); parameter data_width=8; parameter addr_width=9; input fifo_reset,clk,r,w; input[data_width-1:0] write_data; output[data_width-1:0] read_data ; output full,empty; output[addr_width-1:0] Fcounter; reg full,empty; wire[data_width-1:0] read_data ; reg[addr_width-1:0] Fcounter; reg[addr_width-1:0] write_addr; reg[addr_width-1:0] read_addr; wire r_allow=(r&&!empty); wire w_allow=(w&&!full); r_w_ram u1(.w_clk(clk), .r_clk(clk), .w_addr(write_addr), .r_addr(read_addr), .w_allow(w_allow), .r_allow(r_allow), .w_data(write_data), .r_data(read_data));//wire always@(posedge clk,posedge fifo_reset) begin if(fifo_reset) empty<='b1; else empty<=(!w&&(Fcounter[8:1]==0)&&((Fcounter[0]==0)||r)); end always@(posedge clk,posedge fifo_reset) begin if(fifo_reset)

FIFO存储器的设计

FIFO存储器的设计 摘要：FIFO是一种不同时钟域之间传递数据的常用方法，基于FIFO（先进先出）设计的存储器的数据读出顺序与数据写入顺序始终一致。这种存储器主要用在两个处理数据速度不同的数字系统之间，作为数据缓冲器来提供必要的数据缓冲,使这两个数字系统达到同步，这在许多信号处理系统中是必须的。这篇文章介绍了一种容量为1k×9的具有异步和同步功能FIFO存储器的设计方法，这种设计方法也可以用于存储容量更大的存储器的设计。在设计具体逻辑单元时，基于Fundry厂商制定的工艺尺寸规则，优化了部分常用的逻辑电路，来减小版图面积和降低生产成本。 关键词：先进先出存储器；指针；数据缓冲；异步；同步 中图分类号：TN432 文献标识码： A Designing of FIFO memory Abstract ：FIFO is a general way to communicate between different clock domains. The memory based on FIFO (First-In, First-Out) keeps track of the order in which date is entered into the memory and reads the date out in the same order. The most common application of a FIFO is as a buffer memory between two digital systems operating at different speeds, providing the necessary data buffering to achieve synchronization, which is a requirement for many signal processing systems. This paper describes a design of a 1k×9 asynchronous and simultaneous FIFO memory, which can also be applied on the larger memory size. Based on the fundry’s rule of the technology, we optimize some units in order to reduce the square of the layout and cost, during designing of the units of the logic. Keywords: FIFO memory; pointer; data buffering; asynchronous; simultaneous 1 引言 存储器是存储数字信息的电路或系统，随着IC产业的迅猛发展，现代数字系统需要高速存储和检索大量信息的能力，存储器在数字电路中越来越重要。最近的调查显示，在世界范围内，存储器芯片大约占了半导体交易的30%。 低功耗高速度的先进先出存储器在大规模数字集成电路中，尤其是在片上系统（System on Chip）中经常作为一个必不可少的模块被用到。在功能上FIFO存储器有点类似一个串行移位寄存器，数据读出顺序与数据写入顺序始终一致。这种存储器主要用在两个处理数据速度不同的数字系统之间，作为数据缓冲器使用[1]。即使这两个系统数据处理速度相同，要想使它们同步也是不可能的，FIFO存储器提供了必要的数据缓冲使其达到同步，这在许多信号处理系统中是必须的。

Verilog的135个经典设计实例

【例3.1】4位全加器 module adder4(cout,sum,ina,inb,cin); output[3:0] sum; output cout; input[3:0] ina,inb; input cin; assign {cout,sum}=ina+inb+cin; endmodule 【例3.2】4位计数器 module count4(out,reset,clk); output[3:0] out; input reset,clk; reg[3:0] out; always @(posedge clk) begin if (reset) out<=0; //同步复位 else out<=out+1; //计数 end endmodule 【例3.3】4位全加器的仿真程序 `timescale 1ns/1ns `include "adder4.v" module adder_tp; //测试模块的名字 reg[3:0] a,b; //测试输入信号定义为reg型 reg cin; wire[3:0] sum; //测试输出信号定义为wire型 wire cout; integer i,j; adder4 adder(sum,cout,a,b,cin); //调用测试对象 always #5 cin=~cin; //设定cin的取值 initial begin a=0;b=0;cin=0; for(i=1;i<16;i=i+1) #10 a=i; //设定a的取值 end - 1 -

initial begin for(j=1;j<16;j=j+1) #10 b=j; //设定b的取值 end initial//定义结果显示格式 begin $monitor($time,,,"%d + %d + %b={%b,%d}",a,b,cin,cout,sum); #160 $finish; end endmodule 【例3.4】4位计数器的仿真程序 `timescale 1ns/1ns `include "count4.v" module coun4_tp; reg clk,reset; //测试输入信号定义为reg型 wire[3:0] out; //测试输出信号定义为wire型 parameter DELY=100; count4 mycount(out,reset,clk); //调用测试对象 always #(DELY/2) clk = ~clk; //产生时钟波形 initial begin//激励信号定义 clk =0; reset=0; #DELY reset=1; #DELY reset=0; #(DELY*20) $finish; end //定义结果显示格式 initial $monitor($time,,,"clk=%d reset=%d out=%d", clk, reset,out); endmodule 【例3.5】“与-或-非”门电路 module AOI(A,B,C,D,F); //模块名为AOI(端口列表A，B，C，D，F) input A,B,C,D; //模块的输入端口为A，B，C，D output F; //模块的输出端口为F - 2 -

同步FIFO之VHDL描述

同步FIFO之VHDL描述(1) 作者：skycanny时间：2007-09-28 16:09:38 来自：skycanny的笔记浏览次数：1601 文字大小：【大】【中】【小】同步FIFO之VHDL描述 同步FIFO的意思是说FIFO的读写时钟是同一个时钟，不同于异步FIFO，异步FIFO的读写时钟是完全异步的。同步FIFO的对外接口包括时钟，清零，读请求，写请求，数据输入总线，数据输出总线，空以及满信号。下面分别对同步FIFO的对外接口信号作一描述：1．时钟，输入，用于同步FIFO的读和写，上升沿有效； 2．清零，输入，异步清零信号，低电平有效，该信号有效时，FIFO被清空； 3．写请求，输入，低电平有效，该信号有效时，表明外部电路请求向FIFO写入数据； 4．读请求，输入，低电平有效，该信号有效时，表明外部电路请求从FIFO中读取数据； 5．数据输入总线，输入，当写信号有效时，数据输入总线上的数据被写入到FIFO中； 6．数据输出总线，输出，当读信号有效时，数据从FIFO中被读出并放到数据输出总线上； 7．空，输出，高电平有效，当该信号有效时，表明FIFO中没有任何数据，全部为空； 8．满，输出，高电平有效，当该信号有效时，表明FIFO已经满了，没有空间可用来存贮数据。 使用VHDL描述的FIFO将以上面的接口为基础，并且可以参数化配置FIFO的宽度和深度。先把对外接口描述出来吧。 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- -- Designer : skycanny -- Date : 2007-1-29 -- Description : Synchronous FIFO created by VHDL library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; use ieee.std_logic_arith.all; entity sfifo is generic(width : positive depth : positive ); port ( clk : in std_logic; rst : in std_logic; wq : in std_logic; rq : in std_logic; data : in std_logic_vector(width - 1 downto 0); q : in std_logic_vector(width - 1 downto 0); empty : out std_logic; full : out std_logic ); end entity sfifo; ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 同步FIFO内部通过控制电路和RAM实现，控制电路主要包括写指针管理电路，读指针管理电路，以及FIFO状态判断电路，对于同步FIFO来讲，读和写的指针管理电路实际上就是二进制计数器。

FIFO原理讲解

异 步 FIFO 结 构 （第一部分） 作者：Vijay A.Nebhrajani 翻译：Adam Luo 2006年7月 设计一个FIFO是ASIC设计者遇到的最普遍的问题之一。本文着重介绍怎样设计FIFO——这是一个看似简单却很复杂的任务。 一开始，要注意，FIFO通常用于时钟域的过渡，是双时钟设计。换句话说，设计工程要处理（work off）两个时钟，因此在大多数情况下，FIFO工作于独立的两个时钟之间。然而，我们不从这样的结构开始介绍—我们将从工作在单时钟的一个FIFO特例开始。虽然工作在同一时钟的FIFO在实际应用中很少用到，但它为更多的复杂设计搭建一个平台，这是非常有用的。然后再从特例推广到更为普通的FIFO，该系列文章包括以下内容： 1．单时钟结构 2．双时钟结构——双钟结构1 3．双时钟结构——双钟结构2 4．双时钟结构——双钟结构3 5．脉冲模式FIFO

单时钟FIFO特例 FIFO有很多种结构，包括波浪型（ripple）FIFO，移位寄存器型以及其他一些我们并不关心的结构类型。我们将集中讨论包含RAM存储器的结构类型。其结构如图1所示。 通过分析，我们看到图中有一个具有独立的读端口和独立的写端口的RAM 存储器。这样选择是为了分析方便。如果是一个单端口的存储器，还应包含一个仲裁器保证同一时刻只能进行一项操作（读或写），我们选择双口RAM（无需真正的双口RAM，因为我们只是希望有一个简单的相互独立的读写端口）是因为这些实例非常接近实际情况。 读、写端口拥有又两个计数器产生的宽度为log2(array_size)的互相独立的读、写地址。数据宽度是一个非常重要的参数将在在稍后的结构选择时予以介绍，而现在我们不必过分的关心它。为了一致，我们称这些计数器为“读指针”（read pointer）和“写指针”（write pointer）。写指针指向下一个将要写入的位置，读指针指向下一个将要读取的位置。每次写操作使写指针加1，读操作使读指针加1。 我们看到最下面的模块为“状态”(stauts) 模块。这个模块的任务实给FIFO 提供“空”（empty）和“满”（full）信号。这些信号告诉外部电路FIFO已经达到了临界条件：如果出现“满”信号，那么FIFO为写操作的临界状态，如果出现“空”信号，则FIFO为读操作的临界状态。写操作的临界状态（“full is active”）表示FIFO已经没有空间来存储更多的数据，读操作的临界表示FIFO没有更多