FIFO深度计算

跨时钟设计经常要利用异步FIFO进行数据缓存，因此FIFO深度的计算是至关重要的，深度少了数据丢失，深度多了浪费资源。FIFO的深度主要取决于“最恶劣”的情况，以下对两种最常见的场景进行简要分析。

• 已知读写两侧带宽及最恶劣情况，求异步FIFO深度

假设写时钟100MHZ，读时钟80MHZ。读写位宽均为16bit。已知每100个写周期最多写入960bit数据，读侧每时钟读取一个数据。问：FIFO深度至少为多少？分析：典型的“背靠背”，最恶劣的情况是第一个100拍写周期的后60拍连续写入、第二个100拍写周期内前60拍连续写入，即连续写入120拍数据。该时间段内，写入数据个数 - 读出数据个数即为FIFO的最小深度。
计算：写时钟周期为Twr，读时钟周期为Trd, Nwr为写入数据个数，t = 120*Twr，Nwr = 120，这段时间t内，读出数据个数为：Nrd = t/Trd = 120*Twr/Trd = 120*frd/fwr = 120*80/100 = 96x = Nwr - Nrd = 120 - 96 = 24. 由于FIFO深度只能取2的整数次幂，因此最小深度为2^5 = 32。- 为保证数据连续输出，求读取异步FIFO前至少应缓存的数据量

假设写入时钟80MHZ，读取时钟100MHZ。数据位宽1byte。写侧连续写入长度均为8192Byte长度的数据包，数据包EOP与SOP之间可能存在Gap气泡，问：为保证数据包SOP/EOP输出连续不间断，存够多少数据后才能开始发送？
分析：此场景为写入一定数据后开始读取FIFO并保证输出连续“不拉断“，则必须满足：读取8192Byte数据期间写入的数据+已缓存数据 ≥8192B计算：写时钟周期为Twr，读时钟周期为Trd,t = 8192*Trd, Nrd = 8192,这段时间t内，写入数据个数为：Nwr = t/Twr = 8192*Trd/Twr = 8192*fwr/frd = 8192*80/100 = 6553.6B发送水线x满足 Nwr +x > 8192, 即 x > 8192 - Nwr = 1638.4B, 即FIFO深度最小应是1638.4，在FIFO写满1638.4字节后启动读，完整读取SOP/EOP的同时也写入了6553.6字节，保证了读侧不出现”拉断”现象。如此，深度既满足了数据不丢失，也最大化节省了资源。由于FIFO深度只能取2的整数次幂，因此最小深度为：2^11 = 2048。

转载：全栈芯片工程师