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前言

以前从来没有这么细扣过，认识比较肤浅，通过几天对Xilinx IP核的仿制，对异步FIFO有了更深刻的认识。一开始，我是希望做到时序完全一模一样的，在某些间隔读和间隔写的场景中，也确实做到了输出时序完全一模一样，但发现在有些读和写同时进行的场景，有些输出就是与异步FIFO IP核会有差距。尽管最终我还是放弃追求完全和IP核的时序保持一致了，但通过这几天的手写和研究，也能写出功能正确的异步FIFO出来

下面，将描述实现的一些过程，我们以一个IP核的设置作为参考

IP核设置

设置卡片1

设置卡片2

设置卡片3

设置卡片4

设置卡片5

总结卡片

引脚图示：

IP核标志信号研究

我们先研究下IP输出的几个标志信号
FIFO写入阶段分析，（读使能保持为0）

1、 Wr_data_count
连续写模式

间隔写模式

Wr_data_count计数器相对于wr_en延迟了一个CLK

2、 Full almostfull
连续写模式：

间隔写模式：

Wr_data_count 最大数只会到3f，不会出现同步FIFO data_count的00。

full 会提前拉高，这里是3e处且wr_en为高时下一个时钟full拉高
almostfull 会提前拉高，这里是3d处且wr_en为高时下一个时钟almostfull拉高

rd_data_count

连续写模式：

间隔写模式

两种模式同样的规律都是：
Empty 只要rd_data_count 不为0了，立刻拉低
Almost_Empty 只要rd_data_count 不为1了，立刻拉低

上面是FIFO写入阶段，下面FIFO读出阶段。
1、 Wr_data_count、fill、almostfull

Wr_data_count从63变化到62时候，full立刻拉低
Wr_data_count从62变化到61时候，almostfull立刻拉低

2、rd_data_count empty almost empty

empty 会提前拉高，这里是01处且rd_en为高时下一个时钟empty拉高
almost empty 会提前拉高，这里是02处且rd_en为高时下一个时钟almostempty拉高

可以发现，这几个读写信号有种对称的规律。得好好体会。

此外，还有其他规律，
1、 FIFO最多只能容纳63个数据，因为会提前报full
2、 读写指针格雷码交互时钟域大致在3-4个clk时间，这个多设置几个时钟组合来摸索一下规律

知道了这些规律，就可以开干了

代码要点

1、异步FIFO设计最重要的地方在于读写指针的时钟域转化，需要借助于格雷码
2、处于读时钟域的读指针通过格雷码跨越到写时钟域，参与wr_data_count的计算
3、处于写时钟域的写指针通过格雷码跨越到读时钟域，参与rd_data_count的计算
4、wr_data_count用于产生满标识，rd_data_count用于产生空标识

用一下条件分别进行仿真，看会不会丢数

always @(posedge wr_clk)
    r_cnt <= r_cnt + 1;
    
always @(posedge rd_clk)
    r_cnt1 <= r_cnt1 + 1;  
    
assign i_wr_en = r_cnt > 1000 ?  ~fifo_full: 0;


always @(posedge wr_clk)
    if(i_wr_en == 1)
    begin
        i_din <= i_din +1;
    end

assign rd_en = r_cnt1 > 1000 ? ~fifo_empty : 0;

assign i_wr_en1 = r_cnt > 1000 ?  ~fifo_full1: 0;

always @(posedge wr_clk)
    if(i_wr_en1 == 1)
    begin
        i_din1 <= i_din1 +1;
    end

assign rd_en1 = r_cnt1 > 1000 ?   ~fifo_empty1: 0;

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r_cnt > 1000 是因为IP核在一开始有一段busy的时间，空满都会拉高

1、读快写慢，写满则停，不满则写，非空则读，空了就不读

always #5 wr_clk = ~wr_clk;
always #4 rd_clk = ~rd_clk;

IP核和手写FIFO对比：写慢，所以输入是连续的，读快，所以读会存在不连续的情况，但数据是没有丢失的，只是比IP核的提前了一个时钟周期，而，rd_data_cnt 和 wr_data_cnt 的统计方式就有一点差别了，但这个不重要，只要数据没有丢就行了

2、读慢写块，写满则停，不满则写，非空则读，空了就不读
always #4 wr_clk = ~wr_clk;
always #5 rd_clk = ~rd_clk;

IP核和手写FIFO对比：读慢，所以输出是连续的，写快，所以写会存在不连续的情况，但同样输入输出的数据是没有丢失的

3、外部不进行空满判断，随机读和写，验证与IP核输出的数据是否一致。间隔写和间隔读

时序基本是一致的，有几个有1个clk的错位

（一开始我还想时序也完全一致，但折腾了好久，臣妾实在做不到呀）
所谓的时序一致就是希望

dout         
empty        
full         
wr_data_count
rd_data_count
1
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4
5

这几个输出信号，能和IP核时序完全一摸一样，但我实在时没有猜透IP里面的count empty full。某些场景能够弄成一致，结果换个场景又不行，所以我后面还是按照自己的想法来，只要功能对了就行吧。手撕一半吧姑且叫做，哈哈

最后说明：

资源备份：百度网盘-Xilinx设计-Xilinx异步FIFO
执行srcs中tb_async_fifo.tcl 文件即可直接仿真