CN100517498C - 一种无读取延迟的先进先出存储器 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于芯片设计领域，提供了一种无读取延迟的先进先出存储器，包括一个双端口存储器和一个读地址指针控制单元，当读使能信号有效时，读地址指针控制单元在时钟信号的控制下产生双端口存储器的地址，双端口存储器同步向外部输出所述地址对应的数据，所述读地址指针控制单元包括一个地址指针计数器，一个地址指针加1计数器，以及一个选通器。本发明通过对FIFO读地址指针控制单元进行改进，消除了从FIFO读数据的读取延迟效应，使得在FIFO读端口发起读请求后，不必等待一个时钟周期就可在读出数据总线上得到有效数据，从而充分提高了FIFO读端口的带宽利用率，并简化了对FIFO的读出操作。

Description

一种无读取延迟的先进先出存储器
技术领域
本发明属于芯片设计领域，尤其涉及一种先进先出存储器(FIFO)。
背景技术
先进先出(First In First Out，FIFO)在专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)和现场可编程逻辑阵列(Field Programmable GateArray，FPGA)设计中通常被理解为一种先入先出数据缓冲存储器。FIFO的工作特点是先从FIFO写入端口写入的数据，在FIFO读出端口被首先读出。在芯片设计领域，特别是进行数据通讯、无线通讯以及图像处理等领域的芯片设计时，通常利用FIFO的这个特性作为芯片内部的数据缓存，前一个模块将处理完毕的数据写入FIFO，后一个模块从FIFO的非空状态得知有数据写入FIFO后将数据从FIFO中读出进行处理。
图1示出了FIFO的典型结构，包括一个双端口存储器(RAM)12、一个状态产生单元(Status)14、一个写地址指针控制单元(WrPtr)16以及一个读地址指针控制单元(RdPtr)18。双端口存储器12作为数据缓存单元。状态产生单元14用于产生FIFO的空满状态。写地址指针控制单元16和读地址指针控制单元18分别用于控制FIFO写入和读出端口的地址。其中，ADDRA/B为RAM的写地址A/B端口，WEA/B为RAM的写使能A/B端口，DINA/B为RAM的写数据A/B端口，DOUTA/B为RAM的读数据A/B端口，CLKA/B为RAM的时钟A/B端口。AddEnb为写地址指针控制单元16和读地址指针控制单元18的使能端口，Clk为写地址指针控制单元16和读地址指针控制单元18的时钟信号端口。当写使能信号(Wenb)有效时，写地址指针控制单元16根据写时钟信号(WrClk)产生地址(Addr)给双端口存储器12和状态产生单元14，双端口存储器12根据写使能信号和写时钟信号同步存储外部写入的数据(Wdat)。当读地址使能信号(Renb)有效时，读地址指针控制单元18在读时钟信号(RdClk)的控制下产生双端口存储器12的地址，并将产生的地址输入至状态产生单元14，双端口存储器12在读时钟信号(RdClk)的控制下同步向外部输出数据。状态产生单元14根据写地址指针控制单元16和读地址指针控制单元18输入的地址，指示FIFO处于近满状态(AlFull)、满状态(Full)，还是近空状态(AlEmpty)、空状态(Empty)。
读地址指针控制单元18通常由一个地址指针计数器1801构成，如图2所示。CE为地址指针计数器1801的使能端口，Clk为地址指针计数器1801的时钟信号端口，Q为地址指针计数器1801的地址(Addr)输出端口。当FIFO的读使能信号有效时，地址指针计数器1801加1。然而，由于双端口存储器12读取数据时具有读取延迟效应，即当双端口存储器12地址总线上地址有效后，下一个时钟周期数据总线上的数据才有效。如图3所示，当地址总线上为地址A0时，下一个时钟周期数据总线上才出现数据D0。因此，根据双端口存储器12读数据时序和读地址指针控制单元18的结构，可得到通常FIFO的读数据时序如图4所示。可以看到通常FIFO读数据时有读取延迟效应，当读使能信号Renb有效后，延迟一个时钟周期，数据总线上才连续出现有效的数据。这种FIFO为有读取延迟的FIFO。
在芯片设计过程中，经常需要在FIFO读端口发起一次读请求后(读使能信号置为高电平)，立刻根据从FIFO中读出的数据进行处理分析，从而判断是否需要发起下一次读请求。如果采用有延迟的FIFO，将需要在发起一次读请求后，停止发起读请求，等待一个时钟周期，从读出数据总线上得到有效数据处理分析后，再发起下一次读请求。这样，每次需要根据读出数据判断是否发起下一次读请求时，都要等待一个时钟周期，浪费了FIFO读出端口的带宽，而且使得对FIFO的读出处理操作更加复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种先进先出存储器，旨在解决现有技术中有延迟效应的FIFO中，在根据读出数据判断是否发起下一次读请求时，要等待一个时钟周期，浪费了FIFO读出端口的带宽，而且使得对FIFO的读出处理操作更加复杂的问题。
本发明是这样实现的，一种无读取延迟的先进先出存储器，包括一个双端口存储器和一个读地址指针控制单元，当读使能信号有效时，读地址指针控制单元在时钟信号的控制下产生双端口存储器的地址，双端口存储器同步向外部输出所述地址对应的数据，所述读地址指针控制单元包括一个地址指针计数器，一个地址指针加1计数器，以及一个选通器；所述地址指针加1计数器的计数值为所述地址指针计数器的计数值加1；所述地址指针计数器和地址指针加1计数器通过所述选通器后将产生的地址输出；
当读使能信号为高电平时，所述选通器选通所述地址指针计数器将产生的地址输出，当读使能信号为低电平时，所述选通器选通所述地址指针加1计数器将产生的地址输出。
本发明通过对FIFO读地址指针控制单元进行改进，消除了从FIFO读数据的读取延迟效应，使得在FIFO读端口发起读请求后，不必等待一个时钟周期就可在读出数据总线上得到有效数据，从而充分提高了FIFO读端口的带宽利用率，并简化了对FIFO的读出操作。
附图说明
图1是现有技术中FIFO的结构图；
图2是现有技术中有读取延迟的FIFO中读地址指针控制单元的结构图；
图3是现有技术中有读取延迟的RAM的读数据时序图；
图4是现有技术中有读取延迟的FIFO的读数据时序图。
图5是本发明提供的无读取延迟的FIFO中读地址指针控制单元的结构图；
图6是本发明中无读取延迟的FIFO的读数据时序图。
图7是无读取延迟的FIFO配合空信号和近空信号读数据时序图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图5示出了本发明提供的读地址指针控制单元的结构，在现有结构的基础上增加了一个地址指针加1计数器1802(CounterPlus1)，地址指针加1计数器1802的计数值为地址指针计数器1801的计数值加1。地址指针计数器1801和地址指针加1计数器1802通过选通器1803后将地址输出。当读使能信号为高电平时，选通器1803选通地址指针加1计数器1802将地址输出；当读使能信号为低电平时，选通器1803选通地址指针计数器1801将地址输出。此时读使能信号有效时，读取数据总线上的数据同时有效，从而满足了读取无延迟的目的，提高了FIFO读端口的带宽利用率，相应的时序图如图6、图7所示。
参见图1，在本发明中，FIFO对于读端口除了提供空信号(Empty)表示FIFO内无数据，还提供近空信号(AlEmpty)。如果近空信号为低电平，表示FIFO内至少有一个数据，FIFO配合空信号和近空信号可以进一步提高FIFO读端口效率。如果前一个时钟周期FIFO读请求无效，即Renb为低电平，此时只关注FIFO空信号(Empty)。当FIFO空信号为低电平，则FIFO中有至少一个数据，可发起读请求；当FIFO空信号为高电平，则不可以发读请求。如果前一个时钟周期FIFO读请求有效，即Renb为高电平，此时只关注FIFO近空信号(AlEmpty)。当FIFO近空信号为低电平，则FIFO中至少有两个数据，可继续发起读请求；当FIFO近空信号为高电平，则不可以继续发读请求。这样就可以及时地从FIFO中读取数据，进一步提高FIFO读端口的数据读取效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1、一种无读取延迟的先进先出存储器，包括一个双端口存储器和一个读地址指针控制单元，当读使能信号有效时，读地址指针控制单元在时钟信号的控制下产生双端口存储器的地址，双端口存储器同步向外部输出所述地址对应的数据，其特征在于，所述读地址指针控制单元包括一个地址指针计数器，一个地址指针加1计数器，以及一个选通器；所述地址指针加1计数器的计数值为所述地址指针计数器的计数值加1；所述地址指针计数器和地址指针加1计数器通过所述选通器后将产生的地址输出；
当读使能信号为高电平时，所述地址指针计数器通过所述选通器后将产生的地址输出；当读使能信号为低电平时，所述地址指针加1计数器通过所述选通器后将产生的地址输出。
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