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VL46. 同步FIFO

描述

根据题目提供的双口RAM代码和接口描述,实现同步FIFO,要求FIFO位宽和深度参数化可配置。

电路的接口如下图所示。


端口说明如下表。

双口RAM端口说明:

端口名

I/O

描述

wclk

input

写数据时钟

wenc

input

写使能

waddr

input

写地址

wdata

input

输入数据

rclk

input

读数据时钟

renc

input

读使能

raddr

input

读地址

rdata

output

输出数据

同步FIFO端口说明:

端口名

I/O

描述

clk

input

时钟

rst_n

input

异步复位

winc

input

写使能

rinc

input

读使能

wdata

input

写数据

wfull

output

写满信号

rempty

output

读空信号

rdata

output

读数据

双口RAM代码如下,可在答案中添加并例化此代码。
module dual_port_RAM #(parameter DEPTH = 16,
   parameter WIDTH = 8)(
 input wclk
,input wenc
,input [$clog2(DEPTH)-1:0] waddr  //深度对2取对数,得到地址的位宽。
,input [WIDTH-1:0] wdata      //数据写入
,input rclk
,input renc
,input [$clog2(DEPTH)-1:0] raddr  //深度对2取对数,得到地址的位宽。
,output reg [WIDTH-1:0] rdata //数据输出
);

reg [WIDTH-1:0] RAM_MEM [0:DEPTH-1];

always @(posedge wclk) begin
if(wenc)
RAM_MEM[waddr] <= wdata;
end 

always @(posedge rclk) begin
if(renc)
rdata <= RAM_MEM[raddr];
end 

endmodule  

输入描述

    input                     clk        
    input                     rst_n    ,
    input                     winc    ,
    input                      rinc    ,
    input         [WIDTH-1:0]    wdata    

输出描述

    output reg                wfull    ,
    output reg                rempty    ,
    output wire [WIDTH-1:0]    rdata

原站题解

Verilog 解法, 执行用时: 0ms, 内存消耗: 0KB, 提交时间: 2022-08-06

`timescale 1ns/1ns
/**********************************RAM************************************/
module dual_port_RAM #(parameter DEPTH = 16,
					   parameter WIDTH = 8)(
	 input wclk
	,input wenc
	,input [$clog2(DEPTH)-1:0] waddr  //深度对2取对数,得到地址的位宽。
	,input [WIDTH-1:0] wdata      	//数据写入
	,input rclk
	,input renc
	,input [$clog2(DEPTH)-1:0] raddr  //深度对2取对数,得到地址的位宽。
	,output reg [WIDTH-1:0] rdata 		//数据输出
);

reg [WIDTH-1:0] RAM_MEM [0:DEPTH-1];

always @(posedge wclk) begin
	if(wenc)
		RAM_MEM[waddr] <= wdata;
end 

always @(posedge rclk) begin
	if(renc)
		rdata <= RAM_MEM[raddr];
end 

endmodule  

/**********************************SFIFO************************************/
module sfifo#(
	parameter	WIDTH = 8,
	parameter 	DEPTH = 16
)(
	input 					clk		, 
	input 					rst_n	,
	input 					winc	,
	input 			 		rinc	,
	input 		[WIDTH-1:0]	wdata	,

	output reg				wfull	,
	output reg				rempty	,
	output wire [WIDTH-1:0]	rdata
);
    reg [$clog2(DEPTH):0] w_pointer,r_pointer;
    wire wenc,renc;
    
    assign wenc = winc& !wfull;
    assign renc = rinc& !rempty;

    always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if(!rst_n) begin
            wfull <='b0;
        end else begin
            wfull <= w_pointer==r_pointer+'d16;
        end
    end  
    
    always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if(!rst_n) begin
            rempty <='b0;
        end else begin
            rempty <= w_pointer==r_pointer;
        end
    end
                                                          
    always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if(!rst_n) begin
            w_pointer <='b0;
        end else begin
            w_pointer <=(wenc)?w_pointer+1'b1:w_pointer;
        end
    end
    always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if(!rst_n) begin
            r_pointer <='b0;
        end else begin
            r_pointer <=(renc)?r_pointer+1'b1:r_pointer;
        end
    end                                        
                   
   
    
    dual_port_RAM  #(.DEPTH(DEPTH),.WIDTH(WIDTH))
    my_dual_port_RAM(
     .wclk(clk),
        .wenc(wenc),
     .waddr(w_pointer),
     .wdata(wdata),
     .rclk(clk),
        .renc(renc),
     .raddr(r_pointer),
     .rdata(rdata));   
    
    
    
    
    
endmodule

Verilog 解法, 执行用时: 0ms, 内存消耗: 0KB, 提交时间: 2022-08-06

`timescale 1ns/1ns
/**********************************RAM************************************/
module dual_port_RAM #(parameter DEPTH = 16,
                       parameter WIDTH = 8)(
     input wclk
    ,input wenc
    ,input [$clog2(DEPTH)-1:0] waddr  //深度对2取对数,得到地址的位宽。
    ,input [WIDTH-1:0] wdata        //数据写入
    ,input rclk
    ,input renc
    ,input [$clog2(DEPTH)-1:0] raddr  //深度对2取对数,得到地址的位宽。
    ,output reg [WIDTH-1:0] rdata       //数据输出
);
 
reg [WIDTH-1:0] RAM_MEM [0:DEPTH-1];
 
always @(posedge wclk) begin
    if(wenc)
        RAM_MEM[waddr] <= wdata;
end
 
always @(posedge rclk) begin
    if(renc)
        rdata <= RAM_MEM[raddr];
end
 
endmodule 
 
/**********************************SFIFO************************************/
module sfifo#(
    parameter   WIDTH = 8,
    parameter   DEPTH = 16
)(
    input                   clk     ,
    input                   rst_n   ,
    input                   winc    ,
    input                   rinc    ,
    input       [WIDTH-1:0] wdata   ,
 
    output reg              wfull   ,
    output reg              rempty  ,
    output wire [WIDTH-1:0] rdata
);
     
     
    //---------------------------------------计数器实现-------------------------------------
    assign wenc = (winc & ~wfull);
    assign renc = (rinc & ~rempty);
     
    reg [$clog2(DEPTH):0] cnt;
    reg [$clog2(DEPTH)-1:0] waddr;
    reg [$clog2(DEPTH)-1:0] raddr;
     
    always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
        if(rst_n == 1'b0)begin
            cnt <= 0;
        end
       // else if(renc && wenc)begin
            //cnt <= cnt;
        //end
        else if(wenc)begin
            cnt <= cnt + 1;
        end
        else if(renc)begin
            cnt <= cnt - 1;
        end
        else begin
            cnt <= cnt;
        end
    end
     
    always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
        if(rst_n == 1'b0)begin
            waddr <= 0;
        end
        else if(wenc)begin
            waddr <= waddr + 1;
        end
        else begin
            waddr <= waddr;
        end
    end
     
    always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
        if(rst_n == 1'b0)begin
            raddr <= 0;
        end
        else if(renc)begin
            raddr <= raddr + 1;
        end
        else begin
            raddr <= raddr;
        end
    end
    always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
        if(rst_n == 1'b0)begin
            wfull <= 0;
        end
        else if(cnt == DEPTH)begin
             wfull <= 1;
        end
        else begin
            wfull <= 0;
        end
    end
     
    always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
        if(rst_n == 1'b0)begin
            rempty <= 0;
        end
        else if(cnt == 0)begin
             rempty <= 1 ;
        end
        else begin
            rempty <= 0;
        end
    end
     
    dual_port_RAM #(.DEPTH(DEPTH),
                    .WIDTH(WIDTH)
    )
     dut_ram (
        .wclk(clk),
        .wenc(wenc),
        .waddr(waddr),
        .wdata (wdata),        
        .rclk(clk),
        .renc(renc),
        .raddr(raddr),
        .rdata(rdata)
    );        
endmodule

Verilog 解法, 执行用时: 0ms, 内存消耗: 0KB, 提交时间: 2022-08-06

`timescale 1ns/1ns
/**********************************RAM************************************/
module dual_port_RAM #(parameter DEPTH = 16,
                       parameter WIDTH = 8)(
    input wclk
    ,input wenc
    ,input [$clog2(DEPTH)-1:0] waddr  //深度对2取对数,得到地址的位宽。
    ,input [WIDTH-1:0] wdata      	//数据写入
    ,input rclk
    ,input renc
    ,input [$clog2(DEPTH)-1:0] raddr  //深度对2取对数,得到地址的位宽。
    ,output reg [WIDTH-1:0] rdata 		//数据输出
);

    reg [WIDTH-1:0] RAM_MEM [0:DEPTH-1];

    always @(posedge wclk) begin
        if(wenc)
            RAM_MEM[waddr] <= wdata;
    end 

    always @(posedge rclk) begin
        if(renc)
            rdata <= RAM_MEM[raddr];
    end 

endmodule  

/**********************************SFIFO************************************/
module sfifo#(
	parameter	WIDTH = 8,
	parameter 	DEPTH = 16
)(
	input 					clk		, 
	input 					rst_n	,
	input 					winc	,
	input 			 		rinc	,
	input 		[WIDTH-1:0]	wdata	,

	output reg				wfull	,
	output reg				rempty	,
	output wire [WIDTH-1:0]	rdata
);
    //waddr & raddr
    reg [$clog2(DEPTH)-1:0] waddr, raddr;   
    always @ (posedge clk or negedge rst_n)
        begin
            if(~rst_n) waddr <= 0;
            else waddr <= (~wfull & winc) ? waddr + 1 : waddr;
        end
    
    always @ (posedge clk or negedge rst_n)
        begin
            if(~rst_n) raddr <= 0;
            else raddr <= (~rempty & rinc) ? raddr + 1 : raddr;
        end
    
    //wfull & rempty
    reg [$clog2(DEPTH):0] cnt;
    always @ (posedge clk or negedge rst_n)
        begin
            if(~rst_n) cnt <= 0;
            else begin
                if(winc & rinc & ~wfull & ~rempty) cnt <= cnt;
                else if(rinc & ~rempty) cnt <= cnt - 1;
                else if(winc & ~wfull) cnt <= cnt + 1;
                else cnt <= cnt;
            end
        end
    
    always @ (posedge clk or negedge rst_n) 
        begin
            if(~rst_n) begin
                wfull  = 0;
                rempty = 0;
            end
            else begin
                wfull  = cnt == DEPTH;
                rempty = cnt == 0;
            end
        end

    //RAM
    dual_port_RAM #(.DEPTH(DEPTH), .WIDTH(WIDTH)) RAM0
    (
        .wclk(clk),
        .wenc(winc & ~wfull),
        .waddr(waddr), //深度对2取对数,得到地址的位宽。
        .wdata(wdata),      	//数据写入
        .rclk(clk),
        .renc(rinc & ~rempty),
        .raddr(raddr),  //深度对2取对数,得到地址的位宽。
        .rdata(rdata) 		//数据输出
    );
    
endmodule

Verilog 解法, 执行用时: 0ms, 内存消耗: 0KB, 提交时间: 2022-08-06

`timescale 1ns/1ns
/**********************************RAM************************************/
module dual_port_RAM #(parameter DEPTH = 16,
					   parameter WIDTH = 8)(
	 input wclk
	,input wenc
	,input [$clog2(DEPTH)-1:0] waddr  //深度对2取对数,得到地址的位宽。
	,input [WIDTH-1:0] wdata      	//数据写入
	,input rclk
	,input renc
	,input [$clog2(DEPTH)-1:0] raddr  //深度对2取对数,得到地址的位宽。
	,output reg [WIDTH-1:0] rdata 		//数据输出
);

reg [WIDTH-1:0] RAM_MEM [0:DEPTH-1];

always @(posedge wclk) begin
	if(wenc)
		RAM_MEM[waddr] <= wdata;
end 

always @(posedge rclk) begin
	if(renc)
		rdata <= RAM_MEM[raddr];
end 

endmodule  

/**********************************SFIFO************************************/
module sfifo#(
	parameter	WIDTH = 8,
	parameter 	DEPTH = 16
)(
	input 					clk		, 
	input 					rst_n	,
	input 					winc	,
	input 			 		rinc	,
	input 		[WIDTH-1:0]	wdata	,

	output reg				wfull	,
	output reg				rempty	,
	output wire [WIDTH-1:0]	rdata
);
    
    wire    w_en,r_en;
    reg    [4:0]    r_addr,w_addr;
    
    
    assign w_en = winc & !wfull;
    assign r_en = rinc & !rempty;
    
    always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if(!rst_n)
            r_addr    <= 5'd0;
        else if(r_en)
            r_addr    <= r_addr + 1'b1;
    end
    
    always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if(!rst_n)
            w_addr    <= 5'd0;
        else if(w_en)
            w_addr    <= w_addr + 1'b1;
    end
    
    always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if(!rst_n) begin
            wfull    <= 1'd0;
            rempty    <= 1'b0;
        end
        else begin
            wfull    <= r_addr == {!w_addr[4],w_addr[3:0]};
            rempty    <= r_addr == w_addr;
        end
    end
    
    
dual_port_RAM u_dual_port_RAM(
    .wclk            (clk),
    .wenc            (w_en),
    .waddr            (w_addr[3:0]),
    .wdata            (wdata),
    .rclk            (clk),
    .renc            (r_en),
    .raddr            (r_addr[3:0]),
    .rdata            (rdata)
);
    
    
endmodule

Verilog 解法, 执行用时: 0ms, 内存消耗: 0KB, 提交时间: 2022-08-06

`timescale 1ns/1ns
/**********************************RAM************************************/
module dual_port_RAM #(parameter DEPTH = 16,
					   parameter WIDTH = 8)(
	 input wclk
	,input wenc
	,input [$clog2(DEPTH)-1:0] waddr  //深度对2取对数,得到地址的位宽。
	,input [WIDTH-1:0] wdata      	//数据写入
	,input rclk
	,input renc
	,input [$clog2(DEPTH)-1:0] raddr  //深度对2取对数,得到地址的位宽。
	,output reg [WIDTH-1:0] rdata 		//数据输出
);

reg [WIDTH-1:0] RAM_MEM [0:DEPTH-1];

always @(posedge wclk) begin
	if(wenc)
		RAM_MEM[waddr] <= wdata;
end 

always @(posedge rclk) begin
	if(renc)
		rdata <= RAM_MEM[raddr];
end 

endmodule  

/**********************************SFIFO************************************/
module sfifo#(
	parameter	WIDTH = 8,
	parameter 	DEPTH = 16
)(
	input 					clk		, 
	input 					rst_n	,
	input 					winc	,
	input 			 		rinc	,
	input 		[WIDTH-1:0]	wdata	,

	output reg				wfull	,
	output reg				rempty	,
	output wire [WIDTH-1:0]	rdata
);
    
    localparam ADDR_WIDTH = $clog2(DEPTH);
    reg [WIDTH-1:0] mem [DEPTH-1:0];
    
    reg [ADDR_WIDTH:0] raddr,waddr;
    always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
        if(!rst_n) 
            waddr <= 'b0;
        else if(winc & ~wfull)
            waddr <= waddr + 1'b1;
        else
            waddr <= waddr;
    end
    
    always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
        if(!rst_n) 
            raddr <= 'b0;
        else if(rinc & ~rempty)
            raddr <= raddr + 1'b1;
        else
            raddr <= raddr;
    end
    
//     assign wfull = ({~raddr[ADDR_WIDTH],raddr[ADDR_WIDTH-1:0]} == waddr)?1'b1:1'b0;
//     assign rempty = (raddr == waddr)?1'b1:1'b0;
    always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
        if(!rst_n) 
            wfull <= 1'b0;
        else if({~raddr[ADDR_WIDTH],raddr[ADDR_WIDTH-1:0]} == waddr)
            wfull <= 1'b1;
        else
            wfull <= 1'b0;
    end
    
        always@(posedge clk or negedge rst_n)begin
        if(!rst_n) 
            rempty <= 1'b0;
        else if(raddr == waddr)
            rempty <= 1'b1;
        else
            rempty <= 1'b0;
    end
    
    always@(posedge clk)begin
        if(winc & ~wfull) 
            mem[waddr[ADDR_WIDTH-1:0]] <= wdata;
    end
    
    reg [WIDTH-1:0]	rdata_o;
    always@(posedge clk)begin
        if(rinc & ~rempty) 
            rdata_o <= mem[raddr[ADDR_WIDTH-1:0]];
    end
    
    assign rdata = rdata_o;
    
    
    
    
endmodule

上一题