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1 FIFO概述 FIFO芯片是一種具有存儲功能的高速邏輯芯片，可在高速數(shù)字系統(tǒng)中用作數(shù)據(jù)緩存。FIFO通常利用雙口RAM和讀寫地址產(chǎn)生模塊來實現(xiàn)其功能。FIFO的接口信號包括異步寫時鐘（wr-clk）和讀時鐘（rd-clk）、與寫時鐘同步的寫有效（wren）和寫數(shù)據(jù)（wr-data）、與讀時鐘同步的讀有效（rden）和讀數(shù)據(jù)（rd-data）。寫地址產(chǎn)生模塊一般還根據(jù)讀地址和寫地址來產(chǎn)生FIFO的滿標(biāo)志。讀地址產(chǎn)生模塊一般根據(jù)讀地址和寫地址的差來產(chǎn)生FIFO的空標(biāo)志。為了實現(xiàn)正確的讀寫和避免FIFO的上溢或下溢，通常還應(yīng)給出與讀時鐘和寫時鐘同步的FIFO的空標(biāo)志（empty）和滿標(biāo)志（full），以禁止讀寫操作。寫地址產(chǎn)生模塊通常根據(jù)寫時鐘和寫有效信號來產(chǎn)生遞增的寫地址，而讀地址產(chǎn)生模塊則根據(jù)讀時鐘和讀有效信號來產(chǎn)生遞增的讀地址。FIFO一般在操作時，首先在寫時鐘wr clk的上升沿且當(dāng)wren有效時，將wrdata寫入雙口RAM中寫地址對應(yīng)的位置中，然后將讀地址對應(yīng)的雙口RAM中的數(shù)據(jù)輸出到讀數(shù)據(jù)總線上，這樣就可實現(xiàn)先進(jìn)先出功能。讀寫操作一般會自動訪問存儲器中連續(xù)的存儲單元。從FIFO中讀出的數(shù)據(jù)順序與寫入的順序相同，而地址的順序則在內(nèi)部已經(jīng)預(yù)先定義好，因此，對FIFO芯片的操作不需要額外的地址信息。另外，F(xiàn)IFO芯片還能提供對讀／寫指針的復(fù)位功能。這些結(jié)構(gòu)上的特點使FI－FO的應(yīng)用大大簡化了電路的復(fù)雜程度，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。由于微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，新一代FIFO芯片的容量越來越大，體積也越來越小，價格越來越便宜，因而將在高性能、低功耗、快速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中發(fā)揮越來越重要的作用。 2 IDT72V3680簡介 2．1 IDT72V3680功能特點 IDT72V3680屬于IDT公司的高密度supersyncTMⅡ36位系列存儲器IDT72V3640～3690中的一種，其存儲結(jié)構(gòu)為16，384×36。這一系列CMOS工藝的FIFO（先入先出）芯片具有極大的深度。其基本功能特點如下： ●對讀／寫口都可進(jìn)行靈活的總線寬度設(shè)置，可選擇不同的輸入／輸出數(shù)據(jù)線寬度（可在36 in 36 out；36 in 18 out；36in 9 out；18 in 36 out；9in 36 out中選擇）； ●重傳操作延時很低且固定； ●首字的寫入到讀出的延時很低且固定； ●數(shù)據(jù)密度高達(dá)1Mbit； ●操作時鐘可達(dá)166MHz； ●可選大／小字節(jié)排列格式； ●主復(fù)位方式可提供FIFO整體清零，部分復(fù)位只清掉存儲數(shù)據(jù)，但保留可編程設(shè)置項； ●幾乎空／滿標(biāo)志置位或無效操作可選擇同步或異步時間模式； ●具有兩種時間工作模式，分別為 IDT標(biāo)準(zhǔn)模式（采用 ●讀寫操作采用獨立時鐘，并可異步操作； ●采用TQFP（128引腳）和PBGA（144引腳）兩種封裝形式，其中PBGA封裝形式不僅可用JTAG口提供邊界掃描功能，還可選擇同步或者異步讀寫操作（只對PBGA封裝）； ●與5V輸入兼容； ●具有節(jié)電模式； ●管腳可與更高密度的芯片IDT72V36100和IDT72V36110兼容。 IDT72V3680的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 2．2 使用要點 IDT72V3680系列產(chǎn)品在使用中，通常應(yīng)注意以下幾點： （1）兩種可選擇的時間運行模式的區(qū)別 在主復(fù)位時，F(xiàn)WFT／SI信號電平為低表示選擇IDT標(biāo)準(zhǔn)模式，否則表示選擇首位字直傳模式FWFT。在兩種不同模式下，其輸出的標(biāo)志信號也有所不同，其中 （2）兩種復(fù)位操作 IDT72V3680有主復(fù)位（MRS）和部分復(fù)位（PRS）兩種方式（都屬于異步操作）。當(dāng)主復(fù)位啟動后，讀寫指針都指向第一個數(shù)據(jù)位置，幾乎空標(biāo)志置低，幾乎滿標(biāo)志和半滿標(biāo)志置高，同時，輸入／輸出的總線寬度、可編程標(biāo)志位的同／異步方式以及是否需要去掉字節(jié)中的校驗位均被確定，輸出寄存器初始化為全零，上電即進(jìn)行復(fù)位，以后才可進(jìn)行寫操作。而當(dāng)部分復(fù)位后，只有讀寫指針復(fù)位，幾乎空標(biāo)志置低，幾乎滿標(biāo)志和半滿標(biāo)志置高電平，其余各種運行方式不變，部分復(fù)位可在操作進(jìn)行中進(jìn)行復(fù)位，當(dāng)經(jīng)過編程設(shè)定的偏置值不理想時，可隨時調(diào)用。 （3）加載操作 當(dāng) （4）PAE、 幾乎空/滿標(biāo)志可由PFM引腳輸入并將其設(shè)定為同步或異步模式操作。在異步操作時，幾乎空標(biāo)高速大深度新型FIFO存儲器IDT72V3680的應(yīng)用志位電平在RCLK的上升沿降低，而在WCLK的上升沿電平升高；對于幾乎滿標(biāo)志位，在WCLK的上升沿電平降低，而在RCLK的上升沿電平升高。在同步操作時，幾乎空標(biāo)志位只能隨讀時鐘上升沿跳變，幾乎滿標(biāo)志位只能隨寫時鐘上升沿跳變。 （5）讀寫操作 讀寫操作可以通過異步讀寫引腳將讀寫操作設(shè)定為同步或異步方式。對于異步讀寫操作，芯片不能在FWFT模式下工作。 3 FIFO在高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用 筆者所研究的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是針對大容量的視頻數(shù)據(jù)的壓縮和解壓縮性能研制的測試設(shè)備，在測試前后，需要將大容量的視頻信號數(shù)據(jù)流從高檔服務(wù)器中通過PCI接口讀出或?qū)懭耄到y(tǒng)所要求達(dá)到的指標(biāo)是數(shù)據(jù)傳輸速率為62．5M字節(jié)／秒。PCI總線是高速端口，采用PCI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，還應(yīng)考慮到它與另一子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)調(diào)及同步問題。如果這一子系統(tǒng)速率較低，整個系統(tǒng)的速率也將降低，PCI總線的優(yōu)勢將不能發(fā)揮出來。而采用FIFO存儲器則不同，它不但提供了存儲空間作為數(shù)據(jù)的緩沖，而且還可以在兩個子系統(tǒng)之間提供一個“橡皮繃帶式”（有彈性）的存儲器，以使其在兩端速率不一致的情況下，仍然可以實現(xiàn)兩個子系統(tǒng)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，而不需要解決相互同步和協(xié)調(diào)問題。IDT72V3680的工作時鐘最高可達(dá)166MHz。 圖2是FIFO所在的接口卡的結(jié)構(gòu)框圖。在這個設(shè)計中，PCI總線接口卡用來進(jìn)行視頻信號的高速傳輸和接收。雙口存儲器FIFO則作為PCI總線主控和后續(xù)或前端數(shù)據(jù)處理電路（如分路器、壓縮、解壓縮等電路）之間的數(shù)據(jù)通道。由于PCI總線經(jīng)過PCI控制器轉(zhuǎn)換后的插卡總線仍為同步總線，所以使用同步器件最能發(fā)揮總線的傳輸效率。在設(shè)計中，要求系統(tǒng)輸出是8～12位長度的字節(jié)輸出，而PCI總線的數(shù)據(jù)線輸出位數(shù)是32位，由于該種FIFO有靈活的字節(jié)寬度匹配設(shè)置，因而免去了在邏輯設(shè)計中加入字節(jié)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計，這樣不僅簡化了控制邏輯設(shè)計的復(fù)雜度，而且提高了系統(tǒng)的速度及穩(wěn)定性。該接口卡中的控制邏輯部分負(fù)責(zé)完成PCI9656的插卡總線和雙口存儲器之間的通信協(xié)議以及對前端或后端數(shù)據(jù)處理的傳輸控制。圖3是IDT72V3680單芯片配置信號框圖。 對FIFO芯片的時間運行模式、可編程標(biāo)志位的時間模式、輸入／輸出字節(jié)寬度、缺省偏置值的選擇等均可由撥動開關(guān)來設(shè)置；各標(biāo)志位信號輸出到控制邏輯可與前后端部分進(jìn)行消息傳遞；讀寫時鐘則由時鐘產(chǎn)生電路提供。 4 結(jié)論 應(yīng)用FIFO存儲芯片可用其內(nèi)部讀寫指針代替復(fù)雜的地址發(fā)生器，從而從硬件上簡化了數(shù)據(jù)高速交換中與地址線相關(guān)的處理邏輯電路。高速FIFO存儲芯片在PCI總線插卡設(shè)計中的應(yīng)用能夠保證高速系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣扰c效率。目前，F(xiàn)IFO芯片在眾多的數(shù)據(jù)傳輸處理領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。另外，由于FIFO存儲芯片是成系列生產(chǎn)且功能相同，因此，隨著存儲容量的增加，外部引腳數(shù)不會增加，從而為以后系統(tǒng)的升級帶來了方便。 |
