学习笔记二：异步FIFO

module fifo1 #(parameter DSIZE = 8,
                    parameter ASIZE = 4)        //用格雷码的局限性：循环计数深度必须是2的n次幂，否则就失去了每次只变化一位的特性
                (wclk,wrstn,wdata,wfull,winc,rclk,rrstn,rdata,rempty,rinc);
        input                         wclk,wrstn,winc;
        input    [DSIZE - 1:0]    wdata;
        output                    wfull;
        
        input                        rclk,rrstn,rinc;
        output [DSIZE - 1:0] rdata;
        output                    rempty;

        reg                        wfull,rempty;                    //空满输出
        reg    [ASIZE:0]        rbin,wbin;                        //读写二进制地址
        reg    [ASIZE:0]        wptr,rq1_wptr,rq2_wptr,        //读写指针打两拍CDC同步
                                    rptr,wq1_rptr,wq2_rptr;
        wire    [ASIZE:0]        rbinnext,wbinnext,            //读写指针递增
                                    rgraynext,wgraynext;            //读写指针递增对应的格雷码
        wire    [ASIZE - 1:0]    waddr,raddr;                    //实际读写mem的地址
        
        reg    [DSIZE - 1:0]    mem [0:(1<<ASIZE) - 1];    //左移一位表示乘2
        
        
//---------------------双口RAM存储器 数据读写-----------------------------
assign rdata = mem[raddr];            //读
always@(posedge wclk) begin        //写
    if(winc && !wfull) begin
        mem[waddr] <= wdata;
    end
end

//---------------------将读指针CDC到写时钟域------------------------------
always@(posedge wclk or negedge wrstn) begin
    if(!wrstn) begin
        wq2_rptr <= 5'd0;
        wq1_rptr <= 5'd0;
    end
    else begin
        wq1_rptr <= rptr;
        wq2_rptr <= wq1_rptr;
    end
end

//---------------------将写指针CDC到读时钟--------------------------------
always@(posedge rclk or negedge rrstn) begin
    if(!rrstn) begin
        rq2_wptr <= 5'd0;
        rq1_wptr <= 5'd0;
    end
    else begin
        rq1_wptr <= wptr;
        rq2_wptr <= rq1_wptr;
    end
end


//读相关指针的产生
always@(posedge rclk or negedge rrstn) begin                
    if(!rrstn) begin
        rptr <= 5'd0;
        rbin <= 5'd0;
    end
    else begin
        rptr <= rgraynext;
        rbin <= rbinnext;
    end
end
//写相关的指针
always@(posedge wclk or negedge wrstn) begin
    if(!wrstn) begin
        wbin <= 5'd0;
        wptr <= 5'd0;
    end
    else begin
        wbin <= wbinnext;
        wptr <= wgraynext;
    end
end

//addr截取与格雷码化指针
assign raddr = rbin[ASIZE - 1:0];                //mem的读地址
assign rbinnext = rbin + (rinc & ~rempty);    //mem的下一个读地址
assign rgraynext = (rbinnext>>1) ^ rbinnext; //mem的读地址对应的格雷码

assign waddr = wbin[ASIZE - 1:0];
assign wbinnext = wbin + (winc & !wfull);
assign wgraynext = (wbinnext>>1) ^ wbinnext;

//---------------------rempty产生------------------------------
//FIFO empty when the next rptr == synchronized wptr or on the reset
always@(posedge rclk or negedge rrstn) begin
    if(!rclk) begin
        rempty <= 1'b1;
    else begin
        rempty <= (rgraynext == rq2_wptr);
    end
end

//---------------------wfull产生------------------------------
//FIFO full when CDC过来的格雷码（采样值）的最高位+次高位和bin转换过来的格雷码（理论值）均不同，剩下低位都相同
always@(posedge wclk or negedge wrstn) begin
    if(!wrstn) begin
        wfull <= 0;
    end
    else begin
        wfull <= (wgraynext == {~wq2_rptr[ASIZE,ASIZE-1],wq2_rptr[ASIZE-2:0]});
    end
end

endmodule
/*Clifford E. Cummings的文章中提到的STYLE #1，构造一个指针宽度为N+1，深度为2^N字节的FIFO（为便方比较将格雷码指
针转换为二进制指针）。当指针的二进制码中最高位不一致而其它N位都 相等时，FIFO为满（在Clifford E. Cummings的文章中以
格雷码表示是前两位均不相同，而后两位LSB相同为满，这与换成二进制表示的MSB不同其他相同为满是一样的）。当指针完全相等时，
FIFO为空。
这种方法思路非常明了，为了比较不同时钟产生的指针，需要把不同时钟域的信号同步到本时钟域中来，而使用Gray码的目的就是使这个
异步同步化的过程发生亚稳态的机率最小。
*/ 

 

很好的讲解：

https://www.cnblogs.com/aslmer/p/6114216.html#4067080

https://blog.csdn.net/wyj_2016/article/details/78469272

https://blog.csdn.net/IamSarah/article/details/76085635

https://blog.csdn.net/IamSarah/article/details/76093802

https://blog.csdn.net/tnaig/article/details/81503259