【教程】“最恶劣”的FIFO深度计算

明德扬吴老师

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.