Verilog实现FIFO：绕过IP Wizard的Altera原语方法

"这篇文档主要介绍了如何在Verilog中使用Altera原语进行FIFO（先进先出）存储器的底层调用，而非通过IP Wizard。文档内容包括FIFO的基本概念、重要参数以及设计原理，并提供了FIFO模块的示例代码。" 在数字系统设计中，FIFO（First In First Out）是一种常见的数据缓冲机制，它遵循先进先出的原则，即最早存入的数据最早被读出。在Verilog中，通过Altera原语可以直接调用来实现FIFO，这通常涉及到更底层的硬件描述，从而提供更高的设计灵活性和性能。 FIFO的关键参数包括： 1. FIFO宽度：决定了FIFO每次读写操作的数据位数，例如8位、16位等。 2. FIFO深度：表示FIFO可以存储的数据单元数量，例如深度为8意味着可以存储8个8位的数据，深度为12则可存储12个。 此外，FIFO还包括几个重要的状态指示： - 满标志：当FIFO即将满时，该标志会被置位，以防止继续写入数据导致溢出。 - 空标志：当FIFO即将空时，该标志会被置位，以防止读取无效数据导致下溢。 FIFO的操作依赖于读写指针： - 读指针：指示下一个要读出数据的位置，每次读操作后自动加1。 - 写指针：指示下一个要写入数据的位置，每次写操作后自动加1。 当读写指针循环回到初始位置时，FIFO会在非满非空状态下持续工作。在空或满状态时，错误的读写操作可能导致下溢或上溢，因此需要监控满标志和空标志来避免这种情况。通过设置这两个标志，可以有效地控制读写操作，确保数据的正确流动。 以下是一个简单的FIFO Verilog模块示例： ```verilog module fifo ( input clk, // 时钟信号 input rstp, // 重置信号 input [WIDTH-1:0] din, // 输入数据 input write_p, // 写使能 input read_p, // 读使能 output reg [WIDTH-1:0] dout, // 输出数据 output reg e // 数据有效标志 ); // FIFO深度定义 parameter DEPTH = 16; // 定义FIFO存储数组 reg [WIDTH-1:0] mem [0:DEPTH-1]; // 读写指针 reg [log2(DEPTH)-1:0] wr_ptr, rd_ptr; // 状态标志 wire full, empty; // FIFO满标志逻辑 assign full = (wr_ptr == rd_ptr + 1) || (wr_ptr == 0 && rd_ptr == DEPTH-1); // FIFO空标志逻辑 assign empty = (wr_ptr == rd_ptr); always @(posedge clk or posedge rstp) begin if (rstp) begin wr_ptr <= 0; rd_ptr <= 0; dout <= 0; e <= 1'b0; end else begin if (write_p && !full) begin mem[wr_ptr] <= din; wr_ptr <= (wr_ptr + 1) % DEPTH; e <= 1'b1; end if (read_p && !empty) begin dout <= mem[rd_ptr]; rd_ptr <= (rd_ptr + 1) % DEPTH; e <= 1'b0; end end end endmodule ``` 在这个示例中，`mem`数组用于存储FIFO的数据，`wr_ptr`和`rd_ptr`分别跟踪写入和读出的位置。`full`和`empty`信号由读写指针的关系计算得出，用于控制读写操作。在每个时钟周期，根据`write_p`和`read_p`信号，数据会被写入或读出，同时读写指针会按需递增。 理解和掌握FIFO的工作原理及其Verilog实现对于数字系统设计至关重要，特别是在需要数据缓冲和流控制的场合。通过使用Altera原语，设计师可以更深入地定制FIFO的行为，以满足特定应用的需求。