CN101403962A

CN101403962A - 基于fpga的异步双fifo的数据缓存方法

Info

Publication number: CN101403962A
Application number: CNA2008101597832A
Authority: CN
Inventors: 袁东风; 刘朝娜; 孙健; 张彭; 王凤菊; 贾会超; 岑楠; 杜旭; 魏丽香
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2009-04-08

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的异步双FIFO的数据缓存方法，该数据缓存方法是数据接收端和数据发送端都由FPGA、DSP和PC组成，发送端由DSP接收来自PC的数据，发送到FPGA，接收端由DSP接收来自FPGA的数据，发送到PC机进行数据显示或存储处理，接收端和发送端的FPGA均具有异步双FIFO，两个FIFO交替工作，轮流执行读、写功能，使发送端分段接、连续发，接收端连续接、分段发。本发明采用两个FIFO之间的读、写、空、满信号，两个FIFO交替工作，轮流执行读、写功能，更好的避免了亚稳态的出现，避免了单FIFO造成数据丢失的问题，避免了芯片一方在等待数据传输而造成工作效率低下等问题，提高了系统传输效率，性能更稳定可靠。

Description

基于FPGA的异步双FIFO的数据缓存方法

技术领域

本发明涉及一种FPGA(现场可编程门阵列)与DSP(数字信号处理器)之间通信时因时钟不同步而需要的数据缓存方法，具体地说涉及一种基于FPGA的异步双FIFO(先入先出存储器)的数据缓存的实现方法。

背景技术

在现代集成电路设计中，由于设计规模的不断扩大，一个系统往往含有多个时钟芯片，因此不同时钟域芯片间的数据传递便成为集成电路芯片设计中的一个重点问题，一般需要通过采用满足要求的异步FIFO缓存数据来解决此问题，实现快速高效实时的数据传输，满足数字通信的需求。由于各个芯片间传递数据的协议不同，需要根据需要设计匹配的异步FIFO。FIFO存储器的本质是一块双端口数据内存，一个端口用于将数据存入FIFO，另一个端口用于将数据从FIFO中取出，因此FIFO的相关操作可以看做是两个指针的定位，写指针指向要写的内存部分，读指针指向要读的内存部分，FIFO控制器通过外部的读、写控制信号控制这两个指针的移动，并由此产生FIFO空或满信号。FIFO存储器设计难点主要有两个，1、空、满标志信号的产生，2、亚稳态导致产生错误的空、满信号。所以硬件上来实现FIFO存储器一般采用SRAM(静态随机存取存储器)单元来存取数据，读写指针通过采用格雷编码来实现计数。

在数据缓存问题上，目前主要采用单个FIFO读、写、空、满标志信号之间的控制，包括接收端处理数据和发送端处理数据，发送端由DSP接收来自PC的数据，发送到FPGA，数据发送速率相对较慢；接收端的DSP接收来自FPGA的数据，并对数据进行处理后送给PC显示或存储处理，数据存储速率也较慢，这样会因某些模块速率低造成系统效率低下问题。由于数字通信涉及的数据处理工作量很大，单纯的DSP或FPGA不能满足实时数字通信的要求，因存储数据不及时会造成数据丢失。

发明内容

本发明针对现有采用单个FIFO的数据缓存技术存在的不足，提供一种数据传送效率高、可靠性高的基于FPGA的异步双FIFO的数据缓存方法，可以提高异步时钟域间传递数据时缓存数据的传送效率和可靠性。

本发明的基于FPGA的异步双FIFO的数据缓存方法，是数据接收端和数据发送端都由FPGA、DSP和PC组成，发送端由DSP接收来自PC的数据，发送到FPGA，接收端由DSP接收来自FPGA的数据，发送到PC机进行数据显示或存储处理，接收端和发送端的FPGA均具有异步双FIFO，两个FIFO交替工作，轮流执行读、写功能；异步双FIFO的交替工作由逻辑控制其每个FIFO的读、写使能信号，使发送端分段接、连续发，接收端连续接、分段发，发送端DSP送来的分散数据经过FPGA的异步双FIFO后连续发出，接收端FPGA送来的连续数据经过其异步双FIFO处理后使其分段发出，使每个FIFO满时发送数据。

逻辑控制分为接收速率大于、等于、小于发送速率时的情况，发送端FPGA的数据接收速度慢于数据发送速度时，FIFO执行分段数据连续发送；接收端FPGA的数据接收速度快于数据发送速度时，FIFO执行连续数据分段发送。

本发明采用两个FIFO之间的读、写、空、满控制信号，两个FIFO交替工作，轮流执行读、写功能，更好的避免了亚稳态的出现，避免了单FIFO造成数据丢失的问题，避免了芯片一方在等待数据传输而造成工作效率低下等问题，提高了系统传输效率，性能更稳定可靠。

附图说明

图1为本发明的应用系统简图。

图2为接收数据速率分别大于、等于、小于发送速率时的读写时序图。

具体实施方式

本发明的应用系统如图1所示，该系统基于3L平台中FPGA与DSP之间的数据传输，采用System Generator搭建模块实现，具有良好的可移植性和设计灵活性。FIFO采用宽16bits深2048的block RAM实现，其深度可以扩展，且在SMT8096的实验板上得到验证。数据接收端和数据发送端都由FPGA、DSP和PC组成，发送端数据流为：PC-＞DSP-＞FPGA，发送端由DSP接收来自PC的数据，发送到FPGA，接收端数据流为：FPGA-＞DSP-＞PC，接收端由DSP接收来自FPGA的数据，发送到PC机进行数据显示或存储处理，接收端和发送端的FPGA均具有异步双FIFO，两个FIFO交替工作，轮流执行读、写功能。异步双FIFO的交替工作由特殊逻辑控制其每个FIFO的读、写使能信号，保证发送端分段接、连续发，接收端连续接、分段发，迁就DSP与PC处理数据速度慢、效率低的问题。发送端DSP送来的分散数据经过FPGA的异步双FIFO后连续发出，接收端FPGA送来的连续数据经过其异步双FIFO处理后使其分段发出，保证每个FIFO满时发送数据，从而保证数据处理的高效性。逻辑控制考虑了接收速率大于、等于、小于发送速率时的情况，避免了亚稳态的出现，从而提高了可靠性。

开始工作时写FIFO1，FIFO2闲置——状态A；当写满FIFO1后，读FIFO1，即FIFO1向外输出数据，写FIFO2——状态B；当写满FIFO2且读空FIFO1的情况下，读FIFO2，写FIFO1——状态C；当写满FIFO1且读空FIFO2的情况下，转为状态B，自此以后状态B、C交替。每一个FIFO的读信号或者写信号都由两个FIFO的读、写、空、满八个标志信号和芯片外部的使能信号控制。由上所述，一个FIFO满时才能向外部发送数据，不满时不发送数据，发送端便可以实现分段数据连续发，接收端便可以实现连续数据分段发送，保证数据处理的连续性，从而避免了某些快速器件有一些数据就工作，无数据就停止工作，频繁的交替于工作与非工作之间，使其以FIFO大小数据块来工作，提高了器件的工作效率。

图2给出了接收数据速度分别大于、等于、小于发送速率时的读写时序。发送端FPGA的数据接收速度慢于数据发送速度，需要FIFO执行分段数据连续发送，此时异步双FIFO的写缓存速度慢于读缓存速度。接收端FPGA的数据接收速度快于数据发送速度，需要FIFO执行连续数据分段发送，此时异步双FIFO的写缓存速度快于读缓存速度。

上述异步双FIFO的软件仿真结果和硬件验证结果均达到了预期的要求，完成了FPGA与DSP之间数据传输的设计。

Claims

1.一种基于FPGA的异步双FIFO的数据缓存方法，其特征在于，该数据缓存方法是数据接收端和数据发送端都由FPGA、DSP和PC组成，发送端由DSP接收来自PC的数据，发送到FPGA，接收端由DSP接收来自FPGA的数据，发送到PC机进行数据显示或存储处理，接收端和发送端的FPGA均具有异步双FIFO，两个FIFO交替工作，轮流执行读、写功能；异步双FIFO的交替工作由逻辑控制其每个FIFO的读、写使能信号，使发送端分段接、连续发，接收端连续接、分段发，发送端DSP送来的分散数据经过FPGA的异步双FIFO后连续发出，接收端FPGA送来的连续数据经过其异步双FIFO处理后使其分段发出，使每个FIFO满时发送数据。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的异步双FIFO的数据缓存方法，其特征在于：逻辑控制分为接收速率大于、等于、小于发送速率时的情况，发送端FPGA的数据接收速度慢于数据发送速度时，FIFO执行分段数据连续发送；接收端FPGA的数据接收速度快于数据发送速度时，FIFO执行连续数据分段发送。