异步FIFO空满判断延迟

描述

由于设计的时候读写指针用了至少两级寄存器同步,同步会消耗至少两个时钟周期,势必会使得判断空或满有所延迟,这会不会导致设计出错呢?

异步FIFO通过比较读写指针进行满空判断,但是读写指针属于不同的时钟域,所以在比较之前需要先将读写指针进行同步处理。

将写指针同步到读时钟域再和读指针比较进行FIFO空状态判断,因为在同步写指针时需要时间,而在这个同步的时间内有可能还会写入新的数据,因此同步后的写指针一定是小于或者等于当前实际的写指针,所以此时判断FIFO为空不一定是真空,这样更加保守,一共不会出现空读的情况,虽然会影响FIFO的性能,但是并不会出错,同理将读指针同步到写时钟域再和写指针比较进行FIFO满状态判断,同步后的读指针一定是小于或者等于当前的读指针,所以此时判断FIFO为满不一定是真满,这样更保守,这样可以保证FIFO的特性:FIFO空之后不能继续读取,FIFO满之后不能继续写入。总结来说异步逻辑转到同步逻辑不可避免需要额外的时钟开销,这会导致满空趋于保守,但是保守并不等于错误,这么写会稍微有性能损失,但是不会出错。

大多数情形下,异步FIFO两端的时钟不是同频的,或者读快写慢,或者读慢写快,慢的时钟域同步到快的时钟域不会出现漏掉指针的情况,但是将指针从快的时钟域同步到慢的时钟域时可能会有指针遗漏。以读慢写快为例,进行满标志判断的时候需要将读指针同步到写时钟域,因为读慢写快,所以不会有读指针遗漏,同步消耗时钟周期,所以同步后的读指针滞后(小于等于)当前读地址,所以可能满标志会提前产生,满并非真满。

进行空标志判断的时候需要将写指针同步到读指针 ,因为读慢写快,所以当读时钟同步写指针的时候,必然会漏掉一部分写指针,我们不用关心那到底会漏掉哪些写指针,我们在乎的是漏掉的指针会对FIFO的空标志产生影响吗?

比如写指针从0写到10,期间读时钟域只同步捕捉到了3、5、8这三个写指针而漏掉了其他指针。当同步到8这个写指针时,真实的写指针可能已经写到10 ,相当于在读时钟域还没来得及觉察的情况下,写时钟域可能偷偷写了数据到FIFO去,这样在判断是空的时候会出现不是真正空的情况,漏掉的指针也没有对FIFO的逻辑操作产生影响。

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