FIFO Generate IP核使用——FIFO写操作详解及Status Flags页配置

本文介绍了FIFO的写操作及Status Flags页的配置信息。

1 FIFO 写入操作

当FIFO的写入使能（write enable）被置位，并且FIFO未满时，数据会从输入总线（din）被添加到FIFO中，并且写入确认（wr_ack）信号会被置位。这表示数据已成功写入FIFO。如果FIFO被连续写入数据而没有进行读取操作，它将会逐渐被数据填满。只有当FIFO未满时，写入操作才是成功的。当FIFO已满，并且又发起了一个写入请求时，这个写入请求会被忽略，并且溢出标志（overflow flag）会被置位。这意味着FIFO中的数据没有因为这次尝试的写入操作而丢失或改变，但写入操作失败了。这种溢出是“非破坏性的”，即它不会导致FIFO中已有的数据丢失或损坏。

图3-2 展示了FIFO写入操作示例：
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步骤1：初始状态
FIFO不为空也不满，full 和 almost_full 标志均未激活（低电平）。
wr_en（写入使能）未被置位（低电平），等待写入操作。

步骤2：写入使能
当wr_en被置位（设置为高电平）时，FIFO开始准备在wr_clk（写入时钟）的下一个上升沿执行写入操作。

步骤3：执行写入
在wr_clk的下一个上升沿，由于FIFO未满，数据从输入总线（din）被写入FIFO。
wr_ack（写入确认）被置位（高电平），表示写入操作成功。

步骤4： FIFO接近满
随着数据的连续写入，FIFO的剩余空间减少。
当FIFO中只剩下一个数据项的空间时，almost_full标志被置位（高电平），表示只能再写入一个数据项。

步骤5： FIFO满
当再写入一个数据项时，FIFO达到其容量极限，full标志被置位（高电平）。
此时，任何新的写入请求都会被忽略，直到FIFO中的数据被读取出去。

步骤6：溢出条件
如果在full标志置位的情况下尝试写入数据，wr_ack会被去置位（低电平），overflow（溢出）标志被置位（高电平），表示发生了溢出条件。

步骤7：执行读取操作
一旦从FIFO中读取一个或多个数据项，FIFO的full标志会被去置位（低电平）。
此时，FIFO可以成功执行新的写入操作，wr_ack被激活（高电平），overflow被去置位（低电平），指示溢出条件已消除。

2 FIFO 读取操作

当读取使能被设置为有效状态（通常是高电平）并且FIFO不为空时，数据从FIFO的输出总线（dout）上被读取，并且有效标志（VALID）被置位。如果只有读取操作而没有写入操作，FIFO中的数据会逐渐减少，直到FIFO为空。读取操作在FIFO不为空时是成功的。当FIFO为空且请求读取时，读取操作被忽略，并且下溢标志（underflow flag）被置位，但FIFO的状态没有变化（FIFO下溢是非破坏性的）。

3 Status Flags设置

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3.1 Optional Flags

在下面几个可选项中，用户可以自己选择是高电平有效还是低电平有效。

almost_full
表示在FIFO即将满（通常是只剩下一个或几个数据项的空间）之前的状态。换句话说，当almost_full标志被置位（通常是高电平）时，表示FIFO只能再接受一次或少数几次写入操作，然后就会达到满状态（即full状态）。
almost_full标志对于控制数据流非常有用，因为它允许系统提前知道FIFO即将满，从而可以适当地调整写入速率或触发某种预处理机制（例如，开始读取数据以减少FIFO中的数据量）。
注意：built-in FIFO 不支持almost_full 标志位。

almost_empty
在FIFO中只剩下一个数据项可读时置位，这对于数据流的控制非常有用，因为它允许系统提前知道需要启动新的数据写入操作，或者进行其他预处理以避免FIFO的下溢（underflow）。
注意：built-in FIFO 不支持almost_empty 标志位。

3.2 Handshaking Options

Write Acknowledge
写确认标志（wr_ack）在每次成功的写操作完成后被置位，它表明din端口上的数据已经被存储在FIFO中。这个标志与写时钟（wr_clk）同步，意味着当写时钟的某个边沿到来时，如果写操作成功完成，wr_ack标志就会被置位。

Overflow
当FIFO已满并尝试写入更多数据时，此标志会被置位。

Valid Flag

VALID标志的操作依赖于FIFO的读模式，并且与读时钟（rd_clk）同步。

Standard FIFO 读操作时：VALID标志在每个成功的读操作时在rd_clk的上升沿被置位，并指示dout总线上的数据是有效的。当读请求不成功（即FIFO为空）时，VALID标志不会被置位。

First-Word Fall-Through FIFO读操作时：VALID标志指示当前周期dout输出总线上的数据是有效的。数据不必等待读请求发生就可以出现在dout总线上并保持有效，因为它的逻辑会自动将下一个要读取的数据放置在dout总线上。只要FIFO中有一个或多个数据字，VALID标志就会被置位。当FIFO中没有更多数据字时，VALID标志会被清零。
因此，在进行First-Word Fall-Through FIFO读操作时，通常不需要显式地发起读请求，因为数据会自动出现在dout总线上，并且VALID标志会指示数据的有效性。

underflow flag

当它被置位（通常是高电平）时，表示FIFO已空，但尝试从空的FIFO中读取数据。

3.3 Programmable Flags
该选项主要设置是否产生prog_full和prog_empty标志位。

当FIFO中的条目数达到或超过用户定义的断言阈值时，prog_full将被置位，此时，FIFO仍然可以继续写入数据，直到达到满标志（full）被触发为止。如果FIFO中的条目数减少到否定阈值以下，prog_full将被取消置位。

当FIFO中的条目数小于或等于用户定义的断言阈值时，prog_empty将被置位。如果FIFO中的条目数增加到否定阈值以上，prog_empty被取消置位。

(1) Programmable Full Type

a. 无阈值常量（No Programmable Full Threshold）
不设置阈值，不产生prog_full标志位。
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b. 单一阈值常量（Single threshold constant）
用户设置一个固定的阈值，当FIFO中的条目数达到或超过这个阈值时，可编程满标志（prog_full）将被触发。

c.单一阈值带专用输入端口（Single threshold with dedicated input port）
除了设置一个固定的阈值外，用户还可以通过一个专用输入端口来动态地改变这个阈值。当FIFO中的条目数达到或超过这个阈值时，prog_full将被触发。
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d. 多个阈值常量（Multiple threshold constant）
用户设置两个阈值：断言阈值和否定阈值（Assert and negate threshold constants，提供迟滞）。当FIFO中的条目数达到或超过断言阈值时，prog_full将被触发。但是，只有当FIFO中的条目数减少到否定阈值以下时，prog_full才会被撤销。这种方式提供了迟滞效果，使得标志在FIFO状态变化时不会立即改变。
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e. 多个阈值带专用输入端口（Multiple threshold with dedicated input port，提供迟滞）
除了设置两个阈值外，用户还可以通过专用输入端口动态地改变这两个阈值。这种方式同样提供了迟滞效果。
注意：Built-in FIFO通常只支持单一阈值常量的可编程满功能。
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(2) Programmable Empty Type

a. 无单一阈值常量（No Programmable Empty Threshold ）
不设置阈值，不产生prog_empty 标志位。
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b. 单一阈值常量（Single threshold constant）
用户设置一个固定的阈值，当FIFO中的条目数小于或等于这个阈值时，可编程空标志（prog_empty）将被置位。
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c. 单一阈值带专用输入端口（Single threshold with dedicated input port）
除了设置一个固定的阈值外，用户还可以通过一个专用输入端口来动态地改变这个阈值。当FIFO中的条目数小于或等于这个阈值时，prog_empty将被触发。
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d.多个阈值常量（Multiple threshold constant）
用户设置两个阈值：断言阈值和否定阈值（Assert and negate threshold constants，提供迟滞）。当FIFO中的条目数小于或等于断言阈值时，prog_empty将被触发。但是，只有当FIFO中的条目数增加到否定阈值以上时，prog_empty才会被撤销（否定）。这种方式提供了迟滞效果。
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e.多个阈值带专用输入端口（Multiple threshold with dedicated input port）