FPGA研發(fā)之道(12)-設(shè)計(jì)不是湊波形(二)FIFO(下)

　　FIFO在FPGA設(shè)計(jì)中除了上篇所介紹的功能之外， 還有以下作為以下功能使用：

　　(1) 內(nèi)存申請(qǐng)

　　在軟件設(shè)計(jì)中，使用malloc()和free()等函數(shù)可以用于內(nèi)存的申請(qǐng)和釋放。特別是在有操作系統(tǒng)的環(huán)境下，可以保證系統(tǒng)的內(nèi)存空間被動(dòng)態(tài)的分配和使用，非常的方便。如果在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)此動(dòng)態(tài)的內(nèi)存分配和申請(qǐng)，相對(duì)來說較為復(fù)雜，例如某些需要外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)且需動(dòng)態(tài)改變的應(yīng)用需求下，需要對(duì)FPGA外部DDR(或SRAM等)的存儲(chǔ)空間，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分配和釋放。通過使用FIFO作為內(nèi)存分配器，雖然比不上軟件的靈活和方便，但是使用也較為簡(jiǎn)便。

　　舉例說明假設(shè)外部存儲(chǔ)空間為8Mbyte，可將其劃分為8192個(gè)1Kbyte空間。并將數(shù)值0-8191存儲(chǔ)FIFO中，F(xiàn)IFO內(nèi)部存儲(chǔ)所標(biāo)示可用的內(nèi)存空間。如下圖所示。

　　首先，進(jìn)行內(nèi)存的初始化，即將0-8191寫入FIFO中。

　　如需申請(qǐng)內(nèi)存后，從FIFO中讀取值A(chǔ)，然后根據(jù)A的標(biāo)示，寫入A所指示的外部存儲(chǔ)區(qū)(DDR)中相應(yīng)的位置，即申請(qǐng){A，10’h0_00} ->{A,10’h3_FF}的空間區(qū)域。

　　如釋放內(nèi)存后，即可向FIFO中寫入相應(yīng)的值。即可保證下次該空間能夠被設(shè)計(jì)使用。

　　在此種設(shè)計(jì)中，F(xiàn)IFO承擔(dān)了內(nèi)存分配和釋放器的角色。此時(shí)只能申請(qǐng)或釋放最小單元倍數(shù)的內(nèi)存空間，如本例所示：為1Kbit。如FIFO讀空，則代表申請(qǐng)內(nèi)存失敗，需要等待其他塊內(nèi)存釋放后再寫入FIFO中，才能再次申請(qǐng)。

　　(2) 串并轉(zhuǎn)換

　　對(duì)于串并轉(zhuǎn)換，可能對(duì)于FPGA工程師來說，非常常見，但是如果有專門的IP實(shí)現(xiàn)此功能，可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，減少出錯(cuò)及驗(yàn)證的工作量。例如：對(duì)于外部輸入的需要進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換的信號(hào)，并進(jìn)行存儲(chǔ)的信號(hào)，如設(shè)計(jì)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換在存儲(chǔ)等操作，設(shè)計(jì)，可以直接通過例化讀寫位寬不一致的FIFO，例如1入8出的FIFO，可直接將外部輸入信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成8BIT信號(hào)并進(jìn)行存儲(chǔ)后，供后續(xù)處理使用(其他的)。

　　(3) 業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)劃分

　　通過FIFO設(shè)置不同水位線，可以劃分不同的業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)，保證高業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流在帶寬受限時(shí)，優(yōu)先通過，而低業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)只能在滿足高優(yōu)先級(jí)需求后有多余的帶寬時(shí)才能通過。并且可以劃分多個(gè)優(yōu)先級(jí)，滿足多種業(yè)務(wù)的需求。設(shè)計(jì)將在以后篇幅中詳述。

　　(4)固定帶寬設(shè)定

　　通過對(duì)FIFO接口的讀出使能，能夠保證實(shí)現(xiàn)固定帶寬的輸出，例如FIFO讀接口為32bit，而讀時(shí)鐘為50Mhz，則輸出為1.6Gbit/S。如實(shí)現(xiàn)固定帶寬的輸出(如1Gbit/S)，有兩種方式,一種可以通過降低時(shí)鐘頻率到31.25Mhz。另一種方式，可通過讀信號(hào)中間插入等待周期，如果讀出長度為N的數(shù)據(jù)所需時(shí)鐘周期為M，則需等待(3M/5)的周期，從而降低至1Gbit/S的處理能力，這在某些需要進(jìn)行流量限制的業(yè)務(wù)方式中使用。

　　對(duì)于FIFO來說，作為FPGA內(nèi)部資源的一個(gè)常用器件，最常見應(yīng)用于異步時(shí)鐘域劃分和緩沖數(shù)據(jù)，但不僅限于此，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、減少耦合、輸入輸出接口固定，便于仿真和驗(yàn)證，都是使用FIFO帶來的設(shè)計(jì)上的益處。