时钟代码 - 异步FIFO的设计分析及详细代码

4、sync_w2r.v 将 wclk 时钟域的格雷码形式的写指针同步到 rclk 时钟域

module sync_w2r
#(parameter ADDRSIZE = 4)
(
output reg [ADDRSIZE:0] rq2_wptr, //写指针同步到读时钟域
input [ADDRSIZE:0] wptr, //格雷码形式的写指针
input rclk, rrst_n
);

reg [ADDRSIZE:0] rq1_wptr;

always @(posedge rclk or negedge rrst_n)
if (!rrst_n)begin
rq1_wptr <= 0;
rq2_wptr <= 0;
end
else begin
rq1_wpt <= wptr;
rq2_wptr <= rq1_wptr;
end

endmodule

5、rptr_empty.v 将 sync_w2r.v 同步后的写指针与 rclk 时钟域的读指针进行比较生成都空信号

module rptr_empty
#(
parameter ADDRSIZE = 4
)
(
output reg rempty,
output [ADDRSIZE-1:0] raddr, //二进制形式的读指针
output reg [ADDRSIZE :0] rptr, //格雷码形式的读指针
input [ADDRSIZE :0] rq2_wptr, //同步后的写指针
input rinc, rclk, rrst_n
);
reg [ADDRSIZE:0] rbin;
wire [ADDRSIZE:0] rgraynext, rbinnext;
// GRAYSTYLE2 pointer
//将二进制的读指针与格雷码进制的读指针同步
always @(posedge rclk or negedge rrst_n)
if (!rrst_n) begin
rbin <= 0;
rptr <= 0;
end
else begin
rbin<=rbinnext; //直接作为存储实体的地址
rptr<=rgraynext;//输出到 sync_r2w.v模块，被同步到 wrclk 时钟域
end
// Memory read-address pointer (okay to use binary to address memory)
assign raddr = rbin[ADDRSIZE-1:0]; //直接作为存储实体的地址，比如连接到RAM存储实体的读地址端。
assign rbinnext = rbin + (rinc & ~rempty); //不空且有读请求的时候读指针加1
assign rgraynext = (rbinnext>>1) ^ rbinnext; //将二进制的读指针转为格雷码
// FIFO empty when the next rptr == synchronized wptr or on reset
assign rempty_val = (rgraynext == rq2_wptr); //当读指针等于同步后的写指针，则为空。
always @(posedge rclk or negedge rrst_n)
if (!rrst_n)
rempty <= 1'b1;
else
rempty <= rempty_val;

endmodule

6、wptr_full.v 将 sync_r2w.v 同步后的读指针与wclk 时钟域的写指针进行比较生成写满信号

module wptr_full
#(
parameter ADDRSIZE = 4
)
(
output reg wfull,
output [ADDRSIZE-1:0] waddr,
output reg [ADDRSIZE :0] wptr,
input [ADDRSIZE :0] wq2_rptr,
input winc, wclk, wrst_n
);
reg [ADDRSIZE:0] wbin;
wire [ADDRSIZE:0] wgraynext, wbinnext;
// GRAYSTYLE2 pointer
always @(posedge wclk or negedge wrst_n)
if (!wrst_n)
{wbin, wptr} <= 0;
else
{wbin, wptr} <= {wbinnext, wgraynext};
// Memory write-address pointer (okay to use binary to address memory)
assign waddr = wbin[ADDRSIZE-1:0];
assign wbinnext = wbin + (winc & ~wfull);
assign wgraynext = (wbinnext>>1) ^ wbinnext; //二进制转为格雷码
//-----------------------------------------------------------------
assign wfull_val = (wgraynext=={~wq2_rptr[ADDRSIZE:ADDRSIZE-1],wq2_rptr[ADDRSIZE-2:0]}); //当最高位和次高位不同其余位相同时则写指针超前于读指针一圈，即写满。后面会详细解释。
always @(posedge wclk or negedge wrst_n)
if (!wrst_n)
wfull <= 1'b0;
else
wfull <= wfull_val;

endmodule

7、测试文件

`timescale 1ns /1ns

module test();
reg [7:0] wdata;
reg winc, wclk, wrst_n;
reg rinc, rclk, rrst_n;
wire [7:0] rdata;
wire wfull;
wire rempty;

fifo

u_fifo (
.rdata(rdata),
.wfull(wfull),
.rempty(rempty),
.wdata (wdata),
.winc (winc),
.wclk (wclk),
.wrst_n(wrst_n),
.rinc(rinc),
.rclk(rclk),
.rrst_n(rrst_n)
);
localparam CYCLE = 20;
localparam CYCLE1 = 40;

//时钟周期，单位为ns，可在此修改时钟周期。

//生成本地时钟50M
initial begin
wclk = 0;
forever
#(CYCLE/2)
wclk=~wclk;
end
initial begin
rclk = 0;
forever
#(CYCLE1/2)
rclk=~rclk;
end

//产生复位信号
initial begin
wrst_n = 1;
#2;
wrst_n = 0;
#(CYCLE*3);
wrst_n = 1;
end

initial begin
rrst_n = 1;
#2;
rrst_n = 0;
#(CYCLE*3);
rrst_n = 1;
end

always @(posedge wclk or negedge wrst_n)begin
if(wrst_n==1'b0)begin
winc <= 0;
rinc <= 0;
end
else begin
winc <= $random;
rinc <= $random;
end
end

always @(posedge rclk or negedge rrst_n)begin
if(rrst_n==1'b0)begin
rinc <= 0;
end
else begin
rinc <= $random;
end
end
always@(*)begin
if(winc == 1)
wdata= $random ;
else
wdata = 0;
end
endmodule

8、仿真结果

由于截图篇幅的限制请自己验证仿真。