文档介绍：基于FPGA的FIFO存储器设计
摘要:
如何匹配两个传输速率不同的系统间数据传输,避免因为速率的不同而在接口部分产生的复写、丢失以及读入无效数据的问题,这些已经成为设计者必须思考的问题。FIFO缓冲存储器正是解决这种数据传输问题的理想方法。文章简单介绍了FPGA(现场可编程逻辑门阵列)的发展历程,结构特点与应用价值,简单介绍了FIFO的功能和实用价值。提出了FIFO(先进先出)存储器分别在同步和异步两种状态下的设计方案。在QuarterⅡ环境中,以VHDL作为描述语言,遵循EDA标准设计的开发流程,实现了用FPGA器件对FIFO(先进先出)存储器进的设计。并对相应的模块下载到GW48系列EDA实验开发系统上进行硬件实现。最后比较了同步FIFO存储器和异步FIFO存储器各自的优缺点和使用范围。体现了FPGA在数据处理方面的优越性。
关键词同步FIFO,异步FIFO ,FPGA
基于FPGA的FIFO存储器设计
绪论
FPGA的发展及结构特点
FPGA的含义及发展
FPGA是现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gates Array)的缩写,自从1985年Xilinx公司推出第一片现场可编程逻辑门阵列至今[1]。FPGA已经成为当今电子设计市场上应用最广泛的可编程逻辑器件之一。可编程逻辑器件按集成度来区分,可大致分为简单PLD和复杂PLD。如图[2]1 ,它的发展大致经历了一下三个阶段[3]:
:70年代初期的PLD器件主要用于各种类型的存储问题,主要有PROM(可编程只读存储器)、EPROM(紫外线可擦出只读存储器)、和EEPROM(电可擦出只读存储器),由于结构简单,它们只能完成简单的逻辑功能。
2. 结构上稍微复杂的可编程芯片:70年代末到80年代初,AMD公司和Lattice公司先后推出了可编程逻辑器件PLD,产品主要有PAL(可编程逻辑阵列,Programmable Array Logic)、GAL(通用阵列逻辑,Generic Array Logic)和PLA(可编程逻辑阵列,Programmable Logic Array).这一类在设计上有很强的灵活性,可以实现速度特性较好的逻辑功能,但由于结构简单,它们只能实现规模较小的电路。
3. 功能齐全、变成灵活的可编程逻辑器件:80年代中期,Altera公司和Xilinx公司同期推出了CPLD(plex Programmable Logic Device)和FPGA(现场可编程逻辑门阵列,Field Programmable Gates Array),它们都具有体系结构和逻辑单元灵活,集成度高以及适用范围宽等特点,可以实现较大规模的电路。
图1
进入90年代以后,可编程逻辑集成电路进入了飞速发展时期,在系统可编程技术ISP(In—System Programmability)和世界扫描测试技术的出现,使得可编程逻辑器件在器件编程技术和器件测试技术方面也获得了划时代的进步。FPGA/CPLD已成为当今应用最广泛的可编程集成电路之一。《FPGA器件的应用研究》工程师可在办公室和实验室进行设计。它还具有静态可重复编程和在系统重构特性,使硬件和软件一样,能够通过编程来修改。
FPGA的结构特点
一些基本的器件如GAL、CPLD之类都是基于乘积项的可编程结构,即由可编程的与阵列和固定的或阵列组成。而FPGA则是另一种可编程逻辑结构----查找表(Look Up Table,LUT)结构。LUT是可编程的最小逻辑构成单元。大部分FPGA采用SRAM(静态随即存储器)的查找表逻辑形成结构,就是用SRAM来构成逻辑函数发生器。Xilinx的XC4000系列、Spartan/3/3E系列,Altera的FLEX10K、ACEX、APEX、Cyclone、Cyclone
Ⅱ、Stratix等系列都采用SRAM查找表构成,是典型的FPGA器件。《EDA技术实用教程》潘松,黄继业
通常FPGA包含3类可编程资源:可编程逻辑功能块、可编程I/O功能块和可编程内部互连。Cyclone/CycloneⅡ系列器件是 Altera 公司一款低成本,高性价比的FPGA,他的结构和工作原理在FPGA器件中具有典型性。Cyclone/CycloneⅡ器件主要由逻辑阵列快LAB、嵌入式存储块、I/O单元、嵌入式硬件乘法器和PLL等模块组成,各模块之间存在着丰富的互联线和时钟网络。
FIFO的基本概念及分类
FIFO的基本概念及功能
FIFO(First In First Out)是先进先出存储器的缩写,它是一种实现数据先进先出的存储器件,通常用作数据缓冲器。《一种低功耗异步FIF