跨时钟设计经常要利用异步FIFO进行数据缓存,因此FIFO深度的计算是至关重要的,深度少了数据丢失,深度多了浪费资源。FIFO的深度主要取决于“最恶劣”的情况,以下对两种最常见的场景进行简要分析。
已知读写两侧带宽及最恶劣情况,求异步FIFO深度
假设写时钟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”,最恶劣的情况是第一个100拍写周期的后60拍连续写入、第二个100拍写周期内前60拍连续写入,即连续写入120拍数据。该时间段内,写入数据个数 – 读出数据个数即为FIFO的最小深度。
计算:写时钟周期为Twr,读时钟周期为Trd, Nwr为写入数据个数,t = 120*Twr,Nwr = 120,这段时间t内,读出数据个数为:Nrd = 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。为保证数据连续输出,求读取异步FIFO前至少应缓存的数据量
假设写入时钟80MHZ,读取时钟100MHZ。数据位宽1byte。写侧连续写入长度均为8192Byte长度的数据包,数据包EOP与SOP之间可能存在Gap气泡,问:为保证数据包SOP/EOP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并保证输出连续“不拉断“,则必须满足:读取8192Byte数据期间写入的数据+已缓存数据 ≥8192B计算:写时钟周期为Twr,读时钟周期为Trd,t = 8192*Trd, Nrd = 8192,这段时间t内,写入数据个数为:Nwr = t/Twr = 8192*Trd/Twr = 8192*fwr/frd = 8192*80/100 = 6553.6B发送水线x满足 Nwr +x > 8192, 即 x > 8192 – Nwr = 1638.4B, 即FIFO深度最小应是1638.4,在FIFO写满1638.4字节后启动读,完整读取SOP/EOP的同时也写入了6553.6字节,保证了读侧不出现”拉断”现象。如此,深度既满足了数据不丢失,也最大化节省了资源。由于FIFO深度只能取2的整数次幂,因此最小深度为:2^11 = 2048。
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