【正文】 個(gè)非常明確的磁化閾值。這些都為后來(lái)的磁盤存儲(chǔ)器打下了基礎(chǔ)。1953年，第一臺(tái)磁鼓應(yīng)用于IBM 701，它是作為內(nèi)存儲(chǔ)器使用的。 根據(jù)讀寫磁帶的工作原理，磁帶機(jī)可以分為六種規(guī)格。 磁帶是所有存儲(chǔ)媒體中單位存儲(chǔ)信息成本最低、容量最大、標(biāo)準(zhǔn)化程度最高的常用存儲(chǔ)介質(zhì)之一。它的主要特點(diǎn)是采用二進(jìn)制，使用汞延遲線作存儲(chǔ)器，指令和程序可存入計(jì)算機(jī)中。這個(gè)過(guò)程是機(jī)械和電子的奇妙結(jié)合。（1）汞延遲線電子產(chǎn)品的更新速度很快，品種也在也逐漸增多，所以緩存對(duì)于電子產(chǎn)品的工作速度來(lái)說(shuō)是相當(dāng)重要的，這也就使得FIFO的應(yīng)用更加廣泛。 生產(chǎn)需求狀況[3]FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件）產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從原來(lái)的通信擴(kuò)展到消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)控制、測(cè)試測(cè)量等廣泛的領(lǐng)域。這種情況往往會(huì)讓傳輸?shù)臄?shù)據(jù)產(chǎn)生復(fù)寫或丟失，降低數(shù)據(jù)的傳輸速率，同時(shí)也因?yàn)閿?shù)據(jù)復(fù)寫、丟失和無(wú)效數(shù)據(jù)的讀入，將會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)出錯(cuò)，因此需要在不同系統(tǒng)的接口處設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸單元來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速高效傳輸。 tie knots France目 錄1 引言 1 FIFO研究意義 1 生產(chǎn)需求狀況 1 存儲(chǔ)器外發(fā)展?fàn)顩r 2 FIFO設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)介 4 基于信元的FIFO設(shè)計(jì)方法 4 基于SRAM/DRAM的大容量FIFO的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 異步FIFO設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題及解決辦法 5 亞穩(wěn)態(tài) 5 空/滿指針的解決方法 6 論文主要內(nèi)容 62 異步FIFO工作原理簡(jiǎn)介 7 關(guān)于異步信號(hào) 7 異步FIFO芯片簡(jiǎn)介 8 FIFO的一些重要參數(shù) 9 異步FIFO設(shè)計(jì)的難點(diǎn) 10 異步FIFO設(shè)計(jì)難點(diǎn)概述 10 解決FIFO的滿/空技術(shù)方法概述和特點(diǎn) 10 亞穩(wěn)態(tài)問(wèn)題的產(chǎn)生及解決 10 FIFO的功能簡(jiǎn)介 11 Modelsim仿真工具簡(jiǎn)介 11 主要特點(diǎn) 11 Verilog HDL語(yǔ)言的簡(jiǎn)介 12 HDL語(yǔ)言 12 HDL與原理圖輸入法的關(guān)系 13 HDL開發(fā)流程 133 異步FIFO實(shí)現(xiàn)的技所涉及的技術(shù)及其解決方法 14 14 144 異步FIFO具體實(shí)現(xiàn)方法 16 亞穩(wěn)態(tài)問(wèn)題的解決方案 16 問(wèn)題的產(chǎn)生 16 常見的解決方法 16 格雷碼編碼法 16 雙觸發(fā)器法 17 結(jié)繩法 17 基于異步比較FIFO邏輯標(biāo)志的產(chǎn)生 18 設(shè)計(jì)思想 18 標(biāo)志位的產(chǎn)生 19 異步比較FI FO邏輯標(biāo)志與時(shí)鐘的同步 19 保守的空/滿標(biāo)志 21 半滿、將近滿、將近空的產(chǎn)生 22 FIFO異步空/滿信號(hào)的同步 23 仿真驗(yàn)證和綜合 235 總結(jié) 24 異步FIFO設(shè)計(jì)的總結(jié) 24 設(shè)計(jì)方法的不足之處 24附錄一 25參考文獻(xiàn) 30第 8 頁(yè) 共 39 頁(yè)1 引言 FIFO研究意義隨著計(jì)算機(jī)、多媒體和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字圖像、語(yǔ)音等數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)近年來(lái)得到了極大的重視和長(zhǎng)足的發(fā)展，并取得了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：異步；FIFO；亞穩(wěn)態(tài)；格雷碼；結(jié)繩法Design and acplish asynchronous FIFO based on Verilog HDLAbstract In modern IC design, particularly in the munications module and peripheral chip design, multiple clock domains of the inevitable. When data passes from one clock domain to another domain, and the target clock domains are not associated with the source clock domain, these domains are not related movements, thus eliminating the possibility of simultaneous operation and allows the system to enter the subrepeat steadystate, causing disorder on the system clock timing. In order to effectively solve this problem, we use a asynchronous FIFO (FIFO) memory to achieve. This paper proposes a novel asynchronous FIFO design, which pared reading and writing through the first address and generate an asynchronous bination of quadrant detection empty / full flag, then asynchronous empty / full flag synchronized to the corresponding clock domain. The simulation results that the method is stable and effective.
Key Words: asynchronous。當(dāng)數(shù)據(jù)從一個(gè)時(shí)鐘域傳遞到另一個(gè)域，并且目標(biāo)時(shí)鐘域與源時(shí)鐘域不相關(guān)時(shí)，這些域中的動(dòng)作是不相關(guān)的，從而消除了同步操作的可能性，并使系統(tǒng)重復(fù)地進(jìn)入亞穩(wěn)定狀態(tài)，造成系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)序上的紊亂。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)）：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等）。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 基于verilog hdl的異步FIFO設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。為了有效的解決這個(gè)問(wèn)題，我們采用一種異步FIFO（先進(jìn)先 出）存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 FIFO。如何保障這些語(yǔ)音、圖像等數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、及時(shí)性？如何高效率高速度地傳輸這些數(shù)據(jù)？這些都是當(dāng)今信息領(lǐng)域的科研人員所必須回答和解決的問(wèn)題。在現(xiàn)代的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了提高系統(tǒng)的性能，設(shè)計(jì)者對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸率、數(shù)據(jù)的傳輸量，對(duì)系統(tǒng)各部分之間的接口部分不同的數(shù)據(jù)輸入和接收傳輸率的匹配有越來(lái)越高的要求，而 FIFO存儲(chǔ)器以其合理的價(jià)格、使用的方便靈活性以及上述的對(duì)速度匹配的應(yīng)用而成為解決這類問(wèn)題的理想途徑，因此FIFO 存儲(chǔ)器在計(jì)算機(jī)、多媒體和數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，因此對(duì)FIFO的研究與設(shè)計(jì)應(yīng)用具有理論上和實(shí)際應(yīng)用上的雙重意義。而應(yīng)用的變化也使FPGA產(chǎn)品近幾年的演進(jìn)趨勢(shì)越來(lái)越明顯：一方面，F(xiàn)PGA供應(yīng)商致力于采用當(dāng)前最先進(jìn)的工藝來(lái)提升產(chǎn)品的性能，降低產(chǎn)品的成本；另一方面，越來(lái)越多的通用IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)）或客戶定制IP被引入FPGA中，以滿足客戶產(chǎn)品快速上市的要求。所以FIFO的研發(fā)在一定意義上已經(jīng)盡量的滿足了市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的高速度的要求。汞延遲線是基于汞在室溫時(shí)是液體，同時(shí)又是導(dǎo)體，每比特?cái)?shù)據(jù)用機(jī)械波的波峰機(jī)械波從汞柱的一端開始，一定厚度的熔融態(tài)金屬汞通過(guò)一振動(dòng)膜片沿著縱向從一端傳到另一端，這樣就得名“汞延遲線”。缺點(diǎn)是由于環(huán)境條件的限制，這種存儲(chǔ)器方式會(huì)受各種環(huán)境因素影響而不精確。 （2) 磁帶它互換性好、易于保存，近年來(lái)，由于采用了具有高糾錯(cuò)能力的編碼技術(shù)和即寫即讀的通道技術(shù)，大大提高了磁帶存儲(chǔ)的可靠性和讀寫速度。其中兩種采用螺旋掃描讀寫方式的是面向工作組級(jí)的DAT（4mm）磁帶機(jī)和面向部門級(jí)的8mm磁帶機(jī)，另外四種則是選用數(shù)據(jù)流存儲(chǔ)技術(shù)設(shè)計(jì)的設(shè)備，它們分別是采用單磁頭讀寫方式、磁帶寬度為1/4英寸、面向低端應(yīng)用的Travan和DC系列，以及采用多磁頭讀寫方式、磁帶寬度均為1/2英寸、面向高端應(yīng)用的DLT和IBM的3480/3490/3590系列等。磁鼓是利用鋁鼓筒表面涂覆的磁性材料來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的。 （4) 磁芯美國(guó)物理學(xué)家王安1950年提出了利用磁性材料制造存儲(chǔ)器的思想。他找到在新澤西生產(chǎn)電視機(jī)用鐵氧體變換器的一家公司的德國(guó)老陶瓷專家，利用熔化鐵礦和氧化物獲取了特定的磁性質(zhì)。更重要的是，自20世紀(jì)50年代以來(lái)，所有大型和中型計(jì)算機(jī)也采用了這一系統(tǒng)。世界第一臺(tái)硬盤存儲(chǔ)器是由IBM公司在1956年發(fā)明的，其型號(hào)為IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control）。20世紀(jì)80年代末期，IBM公司又對(duì)磁盤技術(shù)作出一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)，發(fā)明了MR（Magneto Resistive)磁阻磁頭，這種磁頭在讀取數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)信號(hào)變化相當(dāng)敏感，使得盤片的存儲(chǔ)密度比以往提高了數(shù)十倍。 （6）光盤用于微型計(jì)算機(jī)的光盤主要有CDROM、CDR/W和DVDROM等幾種。把它徑向平均剖成5萬(wàn)根，每根的厚度即約為1納米。一個(gè)量子磁盤相當(dāng)于我們現(xiàn)在的10萬(wàn)～100萬(wàn)個(gè)磁盤，而能源消耗卻降低了1萬(wàn)倍。 2002年9月，美國(guó)威斯康星州大學(xué)的科研小組宣布，他們?cè)谑覝貤l件下通過(guò)操縱單個(gè)原子，研制出原子級(jí)的硅記憶材料，其存儲(chǔ)信息的密度是目前光盤的100萬(wàn)倍。此時(shí)，需要進(jìn)行自行FIFO設(shè)計(jì)。要實(shí)現(xiàn)這一功能通常有兩種方法：（1）調(diào)用廠商提供的以操作粒度為基本單元的通用FIFO，然后在這個(gè)FIFO的外面再加上一個(gè)“套子”。設(shè)定FIFO最多可以存放4個(gè)信元。讀寫雙方都擁有自己的記分牌(Scoreboard)，這個(gè)記分牌可以由一個(gè)四位的寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)，每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)信元區(qū)域。從邏輯上說(shuō)，只需要讀出方把自己的記分牌的信息(清位信息)傳送給寫入方，同時(shí)寫入方把自己的記分牌的信息(置位信息)傳送給讀出方就可以了，即只要構(gòu)成兩條邏輯通道就可以滿足需求。靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器SRAM(Static Random Access Memory)是一種非常重要的易失性存儲(chǔ)器，它的速度非?？欤⑶夷茉诳焖僮x取和刷新時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性。同時(shí)HY64UD16322A支持DPD(Deep Power Down)模式，保證其在待機(jī)模式下功耗進(jìn)一步降低。分別作為進(jìn)入數(shù)據(jù)頭尾指針。同理，讀出數(shù)據(jù)時(shí)。在這兩個(gè)過(guò)程當(dāng)中，CPLD需要對(duì)地址線進(jìn)行控制。對(duì)多個(gè)觸發(fā)器的輸出所組成的寫地址/讀地址可以采用格雷碼。兩級(jí)寄存器的同步化處理單元由兩個(gè)觸發(fā)器串聯(lián)而成，中問(wèn)沒(méi)有其它組合電路。所以在使用雙鎖存器法時(shí)，應(yīng)該使原始信號(hào)保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以便另一個(gè)時(shí)鐘域的鎖存器對(duì)其進(jìn)行正確的采樣。即無(wú)論在什么進(jìn)修，都不應(yīng)出現(xiàn)讀寫地址同時(shí)對(duì)一個(gè)存儲(chǔ)器地址操作的情況。當(dāng)讀寫地址的差值等于一個(gè)預(yù)設(shè)值的時(shí)候，空/滿信號(hào)被置位。簡(jiǎn)單介紹了所研究題目的發(fā)展?fàn)顩r，以及它的研究有意義。分析了異步FIFO的參數(shù)和設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。對(duì)異步FIFO的設(shè)計(jì)方法作了簡(jiǎn)要的總結(jié)，簡(jiǎn)述了設(shè)計(jì)方法的不足之處，以及應(yīng)采取的措施。這些情況就要使用 FIFO 了。與單寄存器設(shè)計(jì)相同，F(xiàn)IFO 將數(shù)據(jù)保存在寄存器或存儲(chǔ)器中，同時(shí)同步狀態(tài)信號(hào)，判斷何時(shí)可以把數(shù)據(jù)寫入 FIFO 或從 FIFO 中讀出?！　‖F(xiàn)在指針邏輯的設(shè)計(jì)有多種方法。當(dāng)對(duì)指針邏輯進(jìn)行復(fù)位時(shí)，由于沒(méi)有數(shù)據(jù)可讀，讀計(jì)數(shù)器從零起始。　　這種設(shè)計(jì)需要單時(shí)鐘寬度脈沖以及用于讀、寫選通的脈沖同步器，因?yàn)楫?dāng)一個(gè)電平信號(hào)從一個(gè)時(shí)鐘域跨越到另一個(gè)更快的時(shí)鐘域時(shí)，在較快時(shí)鐘域中它能在更多的時(shí)鐘周期中保持有效。當(dāng) FIFO 中所有項(xiàng)均充滿時(shí)，寫端口狀態(tài)指示為滿，并在讀選通觸發(fā)