《基于verilog-hdl的异步fifo设计毕业论文设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于verilog-hdl的异步fifo设计毕业论文设计（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、陕西理工学院毕业设计题 目 基于verilog hdl的异步FIFO设计 学生姓名 薛博阳 学号 1113014175 所在学院 物理与电信工程学院 专业班级 电子1105 指导教师 吴燕 _ _ _完成地点 博远楼实验室 年 月 日基于Verilog HDL的异步FIFO设计与实现摘 要在现代IC设计中，特别是在模块与外围芯片的通信设计中，多时钟域的情况不可避免。当数据从一个时钟域传递到另一个域，并且目标时钟域与源时钟域不相关时，这些域中的动作是不相关的，从而消除了同步操作的可能性，并使系统重复地进入亚稳定状态，造成系统时钟时序上的紊乱。为了有效的解决这个问题，我们采用一种异步FIFO（先进
2、先 出）存储器来实现。本文提出一种新颖的异步FIFO设计方案，它通过先比较读写地址并结合象限检测法产生异步的空/满标志，再把异步的空/满标志同步到相应的时钟域。通过仿真验证，该方法是稳定有效的。关键词：异步；FIFO；亚稳态；格雷码；结绳法Design and accomplish asynchronous FIFO based on Verilog HDLAbstract In modern IC design, particularly in the communications module and peripheral chip design, multiple clock domai
3、ns of the inevitable. When data passes from one clock domain to another domain, and the target clock domains are not associated with the source clock domain, these domains are not related movements, thus eliminating the possibility of simultaneous operation and allows the system to enter the sub-rep
4、eat steady-state, causing disorder on the system clock timing. In order to effectively solve this problem, we use a asynchronous FIFO (FIFO) memory to achieve. This paper proposes a novel asynchronous FIFO design, which compared reading and writing through the first address and generate an asynchron
5、ous combination of quadrant detection empty / full flag, then asynchronous empty / full flag synchronized to the corresponding clock domain. The simulation results that the method is stable and effective.Key Words: asynchronous; FIFO; metastable state; Gray code; tie knots France目 录1 引言11.1 FIFO研究意义
6、11.2 生产需求状况11.3 存储器外发展状况21.4 FIFO设计技术简介41.4.1 基于信元的FIFO设计方法41.4.2 基于SRAM/DRAM的大容量FIFO的设计与实现41.5 异步FIFO设计中存在的问题及解决办法51.5.1 亚稳态51.5.2 空/满指针的解决方法61.6 论文主要内容62 异步FIFO工作原理简介72.1 关于异步信号72.2 异步FIFO芯片简介82.3 FIFO的一些重要参数92.4 异步FIFO设计的难点102.4.1 异步FIFO设计难点概述102.4.1.1 解决FIFO的满/空技术方法概述和特点102.4.1.2 亚稳态问题的产生及解决102.
7、5 FIFO的功能简介112.6 Modelsim仿真工具简介112.6.1 主要特点112.7 Verilog HDL语言的简介122.8 HDL语言122.8.1 HDL与原理图输入法的关系132.8.2 HDL开发流程133 异步FIFO实现的技所涉及的技术及其解决方法143.1格雷码143.2结绳法144 异步FIFO具体实现方法164.1 亚稳态问题的解决方案164.1.1 问题的产生164.1.2 常见的解决方法164.1.2.1 格雷码编码法164.1.2.2 双触发器法174.1.2.3 结绳法174.2 基于异步比较FIFO逻辑标志的产生184.2.1 设计思想184.2.2
8、 标志位的产生194.2.2.1 异步比较FI FO逻辑标志与时钟的同步194.2.2.2 保守的空/满标志214.2.2.3 半满、将近满、将近空的产生224.2.2.4 FIFO异步空/满信号的同步234.3 仿真验证和综合235 总结245.1 异步FIFO设计的总结245.2 设计方法的不足之处24附录一25参考文献30第 I 页 共 35 页1 引言1.1 FIFO研究意义随着计算机、多媒体和数据通信技术的高速发展，数字图像、语音等数据传输技术近年来得到了极大的重视和长足的发展，并取得了广泛的应用。如何保障这些语音、图像等数据传输的准确性、及时性？如何高效率高速度地传输这些数据？这些
9、都是当今信息领域的科研人员所必须回答和解决的问题。而往往在这些数据传输系统中，又会遇到不同系统接口间数据的传输。通常在两个相连接的不同电路系统之间，因为每个系统的数据传输速度不同，在系统的接口部分就会出现数据输入速度和输出速度不同，也就是会发生数据传输速率不匹配的问题。这种情况往往会让传输的数据产生复写或丢失，降低数据的传输速率，同时也因为数据复写、丢失和无效数据的读入，将会产生数据出错，因此需要在不同系统的接口处设计数据传输单元来实现数据的高速高效传输。在现代的系统设计中，为了提高系统的性能，设计者对数据的传输率、数据的传输量，对系统各部分之间的接口部分不同的数据输入和接收传输率的匹配有越来
10、越高的要求，而 FIFO存储器以其合理的价格、使用的方便灵活性以及上述的对速度匹配的应用而成为解决这类问题的理想途径，因此FIFO 存储器在计算机、多媒体和数据通信领域都有着广泛的应用，因此对FIFO的研究与设计应用具有理论上和实际应用上的双重意义。 在现在的设计中，FIFO的设计方法主要有两种。一种是在FPGA中基于信元的FIFO设计方法，另一种是基于SDRAM/DRAM的大容量的FIFO的设计方法。1.2 生产需求状况3FPGA（现场可编程逻辑器件）产品的应用领域已经从原来的通信扩展到消费电子、汽车电子、工业控制、测试测量等广泛的领域。而应用的变化也使FPGA产品近几年的演进趋势越来越明显
11、：一方面，FPGA供应商致力于采用当前最先进的工艺来提升产品的性能，降低产品的成本；另一方面，越来越多的通用IP（知识产权）或客户定制IP被引入FPGA中，以满足客户产品快速上市的要求。此外，FPGA企业都在大力降低产品的功耗，满足业界越来越苛刻的低功耗需求。在FPGA设计中，FIFO（先进先出队列）的设计是一种在电子系统得到广泛应用的器件，通常用于数据的缓存和用于容纳异步信号的频率或相位的差异。电子产品的更新速度很快，品种也在也逐渐增多，所以缓存对于电子产品的工作速度来说是相当重要的，这也就使得FIFO的应用更加广泛。所以FIFO的研发在一定意义上已经尽量的满足了市场对产品的高速度的要求。1
12、.3 存储器的发展状况FIFO，简单的说就是一种存储器。下面简单介绍一下存储器的发展状况。（1）汞延迟线汞延迟线是基于汞在室温时是液体，同时又是导体，每比特数据用机械波的波峰机械波从汞柱的一端开始，一定厚度的熔融态金属汞通过一振动膜片沿着纵向从一端传到另一端，这样就得名“汞延迟线”。在管的另一端，一传感器得到每一比特的信息，并反馈到起点。设想是汞获取并延迟这些数据，这样它们便能存储了。这个过程是机械和电子的奇妙结合。缺点是由于环境条件的限制，这种存储器方式会受各种环境因素影响而不精确。 1950年，世界上第一台具有存储程序功能的计算机EDVAC由冯.诺依曼博士领导设计。它的主要特点是采用二进制
13、，使用汞延迟线作存储器，指令和程序可存入计算机中。 1951年3月，由ENIAC的主要设计者莫克利和埃克特设计的第一台通用自动计算机UNIVAC-I交付使用。它不仅能作科学计算，而且能作数据处理。 （2) 磁带UNIVAC-I第一次采用磁带机作外存储器，首先用奇偶校验方法和双重运算线路来提高系统的可靠性，并最先进行了自动编程的试验。 磁带是所有存储媒体中单位存储信息成本最低、容量最大、标准化程度最高的常用存储介质之一。它互换性好、易于保存，近年来，由于采用了具有高纠错能力的编码技术和即写即读的通道技术，大大提高了磁带存储的可靠性和读写速度。根据读写磁带的工作原理可分为螺旋扫描技术、线性记录（数
14、据流）技术、DLT技术以及比较先进的LTO技术。 根据读写磁带的工作原理，磁带机可以分为六种规格。其中两种采用螺旋扫描读写方式的是面向工作组级的DAT（4mm）磁带机和面向部门级的8mm磁带机，另外四种则是选用数据流存储技术设计的设备，它们分别是采用单磁头读写方式、磁带宽度为1/4英寸、面向低端应用的Travan和DC系列，以及采用多磁头读写方式、磁带宽度均为1/2英寸、面向高端应用的DLT和IBM的3480/3490/3590系列等。（3) 磁鼓1953年，第一台磁鼓应用于IBM 701，它是作为内存储器使用的。磁鼓是利用铝鼓筒表面涂覆的磁性材料来存储数据的。鼓筒旋转速度很高，因此存取速度快。它采用饱和磁记录，从固定式磁头发展到浮动式磁头，从采用磁胶发展到采用电镀的连续磁介质。这些都为后来的磁盘存储器打下了基础。
