学习笔记二：异步FIFO

 module fifo1 #(parameter DSIZE = ,
                     parameter ASIZE = )        //用格雷码的局限性：循环计数深度必须是2的n次幂，否则就失去了每次只变化一位的特性
                 (wclk,wrstn,wdata,wfull,winc,rclk,rrstn,rdata,rempty,rinc);
         input                         wclk,wrstn,winc;
         input    [DSIZE - :]    wdata;
         output                    wfull;

         input                        rclk,rrstn,rinc;
         output [DSIZE - :] rdata;
         output                    rempty;

         reg                        wfull,rempty;                    //空满输出
         reg    [ASIZE:]        rbin,wbin;                        //读写二进制地址
         reg    [ASIZE:]        wptr,rq1_wptr,rq2_wptr,        //读写指针打两拍CDC同步
                                     rptr,wq1_rptr,wq2_rptr;
         wire    [ASIZE:]        rbinnext,wbinnext,            //读写指针递增
                                     rgraynext,wgraynext;            //读写指针递增对应的格雷码
         wire    [ASIZE - :]    waddr,raddr;                    //实际读写mem的地址

         reg    [DSIZE - :]    mem [:(<<ASIZE) - ];    //左移一位表示乘2

 //---------------------双口RAM存储器 数据读写-----------------------------
 assign rdata = mem[raddr];            //读
 always@(posedge wclk) begin        //写
     if(winc && !wfull) begin
         mem[waddr] <= wdata;
     end
 end

 //---------------------将读指针CDC到写时钟域------------------------------
 always@(posedge wclk or negedge wrstn) begin
     if(!wrstn) begin
         wq2_rptr <= 'd0;
         wq1_rptr <= 'd0;
     end
     else begin
         wq1_rptr <= rptr;
         wq2_rptr <= wq1_rptr;
     end
 end

 //---------------------将写指针CDC到读时钟--------------------------------
 always@(posedge rclk or negedge rrstn) begin
     if(!rrstn) begin
         rq2_wptr <= 'd0;
         rq1_wptr <= 'd0;
     end
     else begin
         rq1_wptr <= wptr;
         rq2_wptr <= rq1_wptr;
     end
 end

 //读相关指针的产生
 always@(posedge rclk or negedge rrstn) begin
     if(!rrstn) begin
         rptr <= 'd0;
         rbin <= 'd0;
     end
     else begin
         rptr <= rgraynext;
         rbin <= rbinnext;
     end
 end
 //写相关的指针
 always@(posedge wclk or negedge wrstn) begin
     if(!wrstn) begin
         wbin <= 'd0;
         wptr <= 'd0;
     end
     else begin
         wbin <= wbinnext;
         wptr <= wgraynext;
     end
 end

 //addr截取与格雷码化指针
 assign raddr = rbin[ASIZE - :];                //mem的读地址
 assign rbinnext = rbin + (rinc & ~rempty);    //mem的下一个读地址
 assign rgraynext = (rbinnext>>) ^ rbinnext; //mem的读地址对应的格雷码

 assign waddr = wbin[ASIZE - :];
 assign wbinnext = wbin + (winc & !wfull);
 assign wgraynext = (wbinnext>>) ^ wbinnext;

 //---------------------rempty产生------------------------------
 //FIFO empty when the next rptr == synchronized wptr or on the reset
 always@(posedge rclk or negedge rrstn) begin
     if(!rclk) begin
         rempty <= 'b1;
     else begin
         rempty <= (rgraynext == rq2_wptr);
     end
 end

 //---------------------wfull产生------------------------------
 //FIFO full when CDC过来的格雷码（采样值）的最高位+次高位和bin转换过来的格雷码（理论值）均不同，剩下低位都相同
 always@(posedge wclk or negedge wrstn) begin
     if(!wrstn) begin
         wfull <= ;
     end
     else begin
         wfull <= (wgraynext == {~wq2_rptr[ASIZE,ASIZE-],wq2_rptr[ASIZE-:]});
     end
 end

 endmodule
 /*Clifford E. Cummings的文章中提到的STYLE #1，构造一个指针宽度为N+1，深度为2^N字节的FIFO（为便方比较将格雷码指
 针转换为二进制指针）。当指针的二进制码中最高位不一致而其它N位都 相等时，FIFO为满（在Clifford E. Cummings的文章中以
 格雷码表示是前两位均不相同，而后两位LSB相同为满，这与换成二进制表示的MSB不同其他相同为满是一样的）。当指针完全相等时，
 FIFO为空。
 这种方法思路非常明了，为了比较不同时钟产生的指针，需要把不同时钟域的信号同步到本时钟域中来，而使用Gray码的目的就是使这个
 异步同步化的过程发生亚稳态的机率最小。
 */ 

很好的讲解：

https://www.cnblogs.com/aslmer/p/6114216.html#4067080

https://blog.csdn.net/wyj_2016/article/details/78469272

https://blog.csdn.net/IamSarah/article/details/76085635

https://blog.csdn.net/IamSarah/article/details/76093802

https://blog.csdn.net/tnaig/article/details/81503259