Vivado_FIFO_Test

本项目用于测试Vivado提供的FIFO IP核不同配置的时序与逻辑，以供设计参考。

芯片型号：Artix-7 xc7a35tfgg484-2L

开发板：ALINX AX7035

开发环境：vivado 2019.1

首先新建Vivado工程，配置如下：

1 同步FIFO测试

1.1 基本设计

例化同步FIFO IP核，参数如下图所示，输入输出使用同一时钟，位宽为4，深度32。

仿真测试代码见tb_FIFO_syn.v，其中核心代码如下：

initial begin
    rst = 1'b1;
    wr_en = 1'b0;
    rd_en = 1'b0;
    
    # 1010
    rst = 1'b0;
    wr_en = 1'b1;
    # 10
    
    # 700
    rd_en = 1'b1;
    
    # 300
    wr_en = 1'b0;
    
    # 800
    $finish;
end

1.2 整体仿真时序

1.3 时序分析

如下见两放大图：

从仿真波形可以看出：

1、data_count的计数是准确且及时的，且对于深度为32的同步FIFO，data_count为4位，其最大值为31，故当FIFO满时count归0。

2、full和empty是准确的，almost_full和almost_empty信号都在数值差1时有效。

3、valid信号在输出数据有效时为高，当FIFO空了之后，即使有rd_en信号，valid信号仍然无效。

1.4 first word fall through模式

同上述实验一致，只是将FIFO从normal模式转变为了first word fall through模式，此时read latency为0，得到的仿真波形图如下：

可见两者的区别是：

（1）在normal模式下data计数器在rd_en信号后一拍才会减1；而在first word fall through模式下，data计数器减1和rd_en是同时进行的。

（2）empty信号比normal下的慢2个周期，与almost_empty同步；而data_count始终是准确的。

2 异步FIFO测试

2.1 基本设计

如下见异步FIFO IP核的配置参数：写位宽4， 深度63；读位宽8，深度31

在仿真中，写时钟为20ns，读时钟为12ns

仿真代码见tb_FIFO_asyn.v，核心部分如下所示：

initial begin
    wr_clk = 1'b1;
    rd_clk = 1'b1;
    rst = 1'b1;
    wr_en = 1'b0;
    rd_en = 1'b0;
    # 30
    
    rst = 1'b0;
    wait((~wr_rst_busy)&(~wr_clk));    
    wr_en = 1'b1;
    # 1500
    
    rd_en = 1'b1;
    # 200
    
    wr_en = 1'b0;
    # 300
    
    $finish;
end

FIFO IP核的例化模板如下

FIFO_2 FIFO_2_asyn (
  .rst(rst),                      // input wire rst
  .wr_clk(wr_clk),                // input wire wr_clk
  .rd_clk(rd_clk),                // input wire rd_clk
  .din(din),                      // input wire [3 : 0] din
  .wr_en(wr_en),                  // input wire wr_en
  .rd_en(rd_en),                  // input wire rd_en
  .dout(dout),                    // output wire [7 : 0] dout
  .full(full),                    // output wire full
  .almost_full(almost_full),      // output wire almost_full
  .empty(empty),                  // output wire empty
  .almost_empty(almost_empty),    // output wire almost_empty
  .valid(valid),                  // output wire valid
  .rd_data_count(rd_data_count),  // output wire [4 : 0] rd_data_count
  .wr_data_count(wr_data_count),  // output wire [5 : 0] wr_data_count
  .wr_rst_busy(wr_rst_busy),      // output wire wr_rst_busy
  .rd_rst_busy(rd_rst_busy)      // output wire rd_rst_busy
);

总体仿真波形图如下：

由于FIFO核初始化需要时间，在rst电平拉低后，仍不能进行读写，直到wr_rst_busy和rd_rst_busy信号拉低后才能开始进行读写。

下面观察从零开始写数据的波形图： 1、根据官方说明，wr_data_count从不少报，而rd_data_count从不多报。

2、从上如中可以看出，刚开始写时wr_data_count是及时的，而rd_data_count延后了，即少报了。

3、empty信号和almost_empty信号在此处也滞后了。

再观察后半部分： 1、由于异步时序问题，wr_data_count和rd_data_count变化并不平滑，且真实数据在两者之间，其误差较小可以接受。

2、empty信号和full信号分别与rd和wr时钟同步，且与相应的data_count相吻合。

3、dout和din能匹配上。