1 FIFO" title="FIFO">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，通常還應給出與讀時鐘和寫時鐘同步的FIFO的空標志（empty）和滿標志（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wren有效時，將wrdata寫入雙口RAM中寫地址對應的位置中，然后將讀地址對應的雙口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)先進先出功能。讀寫操作一般會自動訪問存儲器" title="存儲器">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／寫指針的復位功能。這些結構上的特點使FI－FO的應用大大簡化了電路的復雜程度，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" title="IDT72V3680">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，其存儲結構為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／寫口都可進行靈活的總線寬度設置，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1Mbit；
• 　　操作時鐘可達166MHz；
• 　　可選大／小字節(jié)排列格式；
• 　　主復位方式可提供FIFO整體清零，部分復位只清掉存儲數(shù)據(jù)，但保留可編程設置項；
• 　　幾乎空／滿標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標準模式（采用和標志位）和FWFT首字直傳模式（采用標志位）；
• 　　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)部結構框圖如圖1所示。

　　2．2 使用要點

　　IDT72V3680系列產(chǎn)品在使用中，通常應注意以下幾點：

　?。?）兩種可選擇的時間運行模式的區(qū)別

　　在主復位時，F(xiàn)WFT／SI信號電平為低表示選擇IDT標準模式，否則表示選擇首位字直傳模式FWFT。在兩種不同模式下，其輸出的標志信號也有所不同，其中、為IDT標準模式；（輸出準備好）輸入準備好）為FWFT模式。另一個區(qū)別是在FWFT方式下，第一個寫入字在三個讀時鐘上升沿后將直接傳到輸出Qn上，而不需要信號有效，以后寫入的字則需要信號有效才能通過Qn傳出；而在IDT方式下，寫入字都需要有效才能讀出數(shù)據(jù)。另外，F(xiàn)WFT在深度擴展時，F(xiàn)IFO可串行連接，即上一個FIFO的Qn直接連接下一個FI－FO的Dn，而無需額外控制邏輯。

　?。?）兩種復位操作

　　IDT72V3680有主復位（MRS）和部分復位（PRS）兩種方式（都屬于異步操作）。當主復位啟動后，讀寫指針都指向第一個數(shù)據(jù)位置，幾乎空標志置低，幾乎滿標志和半滿標志置高，同時，輸入／輸出的總線寬度、可編程標志位的同／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，上電即進行復位，以后才可進行寫操作。而當部分復位后，只有讀寫指針復位，幾乎空標志置低，幾乎滿標志和半滿標志置高電平，其余各種運行方式不變，部分復位可在操作進行中進行復位，當經(jīng)過編程設定的偏置值不理想時，可隨時調(diào)用。

　?。?）加載操作

　　當置高時，可以采用串行的方式加載可編程標志位以生效偏置值；而當其置低時，則采用并行方式加載。讀出這些偏置值時，只能采用并行方式。加載和讀出偏置值的操作既可以被中斷以執(zhí)行普通數(shù)據(jù)的讀寫操作，也可以在主復位時通過FSL1、FSL0選擇缺省的8種偏置值。

　?。?）PAE、

　　幾乎空/滿標志可由PFM引腳輸入并將其設定為同步或異步模式操作。在異步操作時，幾乎空標高速大深度新型FIFO存儲器IDT72V3680的應用志位電平在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，幾乎空標志位只能隨讀時鐘上升沿跳變，幾乎滿標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)流從高檔服務器中通過PCI接口讀出或?qū)懭?，系統(tǒng)所要求達到的指標是數(shù)據(jù)傳輸速率為62．5M字節(jié)／秒。PCI總線" title="PCI總線">PCI總線是高速端口，采用PCI總線進行數(shù)據(jù)傳輸，還應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166MHz。

　　圖2是FIFO所在的接口卡的結構框圖。在這個設計中，PCI總線接口卡用來進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)寬度匹配設置，因而免去了在邏輯設計中加入字節(jié)轉換器的設計，這樣不僅簡化了控制邏輯設計的復雜度，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責完成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來設置；各標志位信號輸出到控制邏輯可與前后端部分進行消息傳遞；讀寫時鐘則由時鐘產(chǎn)生電路提供。

　　4 結論

　　應用FIFO存儲芯片可用其內(nèi)部讀寫指針代替復雜的地址發(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的處理邏輯電路。高速FIFO存儲芯片在PCI總線插卡設計中的應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)傳輸處理領域已得到廣泛的應用。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。