异步FIFO Verilog代码注释分析

近日复习数字电路设计，遇到异步FIFO的问题。

在百度找到相关代码，阅读理解后，写出注释，方便自己今后查阅以及迅速理解；同时在此分享，以便广大读者查阅。

并，感谢分享者的无私精神！

此异步FIFO，深度256，宽度8；

类似数组，以数组举例：深度256，表示数组存放256个数据；宽度8，表示每个数据为8位二进制；

采用格雷码进行空满条件判断，

原因是格雷码相邻的数据只变化一位，可以减少相邻物理信号线同时变化的情况，减少电路串扰的可能，减少电路中的噪声。

注意：

格雷码判空，直接判断读写地址是否相同即可；

格雷码判满，需要满足条件：最高位不同，次高位也不同，其余位必须相同；所以，需要将信号最高2位翻转，其余不变；

module FIFO(Wr_Clk,//write FIFO clock
nWr,   //write FIFO signal
Din,   //write FIFO data
Rd_Clk,//read  FIFO clock
nRd,   //read  FIFO signal
Dout,  //read  FIFO data

Full,  // 1 = FIFO full
Empty);// 1 = FIFO empty

input  Wr_Clk, nWr, Rd_Clk, nRd;
input  [Bsize-1:0] Din;
output [Bsize-1:0] Dout;
output Full, Empty;

reg Full, Empty;
reg [Bsize-1:0] Buff [Dsize-1:0];//FIFO的存储空间，可看做一块数组
reg [Asize:0] Wr_Addr_Bin, Rd_Addr_Bin;//写、读地址（二进制）
//写、读地址（格雷码）；用于判断空、满标志；
//二进制相邻两位，或许需要同时改变多位，而采用格雷码是因为相邻格雷码的转变只改变一位，避免亚稳态发生；
//因此需要将二进制地址（方便理解）转化为格雷码地址（确保数据安全）
reg [Asize:0] Sync_Wr_Addr0_Gray, Sync_Wr_Addr1_Gray, Sync_Wr_Addr2_Gray;
reg [Asize:0] Sync_Rd_Addr0_Gray, Sync_Rd_Addr1_Gray, Sync_Rd_Addr2_Gray;

wire [Asize-1:0] FIFO_Entry_Addr, FIFO_Exit_Addr;
wire [Asize:0] Wr_NextAddr_Bin, Rd_NextAddr_Bin;//ASize+1位的地址，最高位用于标志翻转次数，辅助判断空满标志
wire [Asize:0] Wr_NextAddr_Gray, Rd_NextAddr_Gray;
wire Asyn_Full, Asyn_Empty;

parameter
Dsize = 256, Asize = 8,
Bsize = 8;//Dsize 表示FIFO的深度（可以存储的数据数量），Asize表示地址位宽，Bsize表示FIFO的宽度（即，数据是几位的）。

////////////这里是对FIFO进行初始化
initial
begin
Full   = 0;
Empty  = 1;

Wr_Addr_Bin = 0;
Rd_Addr_Bin = 0;

Sync_Wr_Addr0_Gray = 0;
Sync_Wr_Addr1_Gray = 0;
Sync_Wr_Addr2_Gray = 0;
Sync_Rd_Addr0_Gray = 0;
Sync_Rd_Addr1_Gray = 0;
Sync_Rd_Addr2_Gray = 0;
end
////////////////////FIFO数据的写入与输出//////////////////////////////////////
assign FIFO_Exit_Addr  = Rd_Addr_Bin[Asize-1:0];
assign FIFO_Entry_Addr = Wr_Addr_Bin[Asize-1:0];

assign Dout = Buff[FIFO_Exit_Addr];//读数据
always @ (posedge Wr_Clk)//写数据
begin
if (~nWr & ~Full) Buff[FIFO_Entry_Addr] <= Din;
else              Buff[FIFO_Entry_Addr] <= Buff[FIFO_Entry_Addr];
end
///////////////////FIFO读写的地址生成器///////////////////////////////////////
assign Wr_NextAddr_Bin = (~nWr&~Full) ?Wr_Addr_Bin[Asize:0]+1:Wr_Addr_Bin[Asize:0];
assign Rd_NextAddr_Bin = (~nRd&~Empty)?Rd_Addr_Bin[Asize:0]+1:Rd_Addr_Bin[Asize:0];

assign Wr_NextAddr_Gray = (Wr_NextAddr_Bin >> 1) ^ Wr_NextAddr_Bin;//二进制转化为格雷码，右移一位并与自己按位异或。
assign Rd_NextAddr_Gray = (Rd_NextAddr_Bin >> 1) ^ Rd_NextAddr_Bin;

always @ (posedge Wr_Clk)
begin
Wr_Addr_Bin        <= Wr_NextAddr_Bin;
Sync_Wr_Addr0_Gray <= Wr_NextAddr_Gray;
end

always @ (posedge Rd_Clk)
begin
Rd_Addr_Bin        <= Rd_NextAddr_Bin;
Sync_Rd_Addr0_Gray <= Rd_NextAddr_Gray;
end
///////////////////采用双锁存器把异步信号同步起来/////////////////////////////
always @ (posedge Wr_Clk)
begin
Sync_Rd_Addr2_Gray <= Sync_Rd_Addr1_Gray;//读信号同步到写时钟
Sync_Rd_Addr1_Gray <= Sync_Rd_Addr0_Gray;
end

always @ (posedge Rd_Clk)
begin
Sync_Wr_Addr2_Gray <= Sync_Wr_Addr1_Gray;//写信号同步到读时钟
Sync_Wr_Addr1_Gray <= Sync_Wr_Addr0_Gray;
end
/////////////////将产生的Full信号和Empty信号同步的各自的时钟域上//////////////
assign Asyn_Empty = (Rd_NextAddr_Gray==Sync_Wr_Addr2_Gray);
assign Asyn_Full  = (Wr_NextAddr_Gray=={~Sync_Rd_Addr2_Gray[Asize:Asize-1],
Sync_Rd_Addr2_Gray[Asize-2:0]});//最高的2位取反；格雷码判空，直接比较二者是否完全相同；格雷码判满，必须满足最高位不同，次高位也不同，其余位相同，才满足满的条件；因此将最高的2位翻转，余下不变；

always @ (posedge Wr_Clk)
begin
Full <= Asyn_Full;
end

always @ (posedge Rd_Clk)
begin
Empty <= Asyn_Empty;
end
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
endmodule

地址：http://zhidao.baidu.com/link?url=Ewk9bETr4Gd7_K34IX0WwZeJ5y6BgAH2RaxnaJ-5itxVcIyFB4ZCtXGy0MYrP4jhGUEh9eVQMarW2Fp-5RSy8q

感谢分享！