异步FIFO在FPGA与DSP通信中的运用

FIFO中，当写满约定的字符数时，将数据准备好信号置为有效，通知DSP可以取数据，当FIFO写满情况出现时，写满标志置为有效，阻止继续向FIFO中写入数据。当FIFO接收到DSP发来的启动数据发送信号且读使能信号均为有效时，FIFO就在DSP发来的读时钟的控制下，依次将数据放到16位读数据端，供DSP读龋

实现该FIFO的关键部分Verilog代码如下：

需要说明的是，在产生写满标志时，由于采用格雷码，写满标志判断的条件是：如果读写指针的最高两位不同，其余位相同，则为写满状态。为了说明简便，以4位格雷码表示深度为8的FIFO为例，当读指针指向第7个地址时，读指针为0100，此时若写指针指向第8个地址，则写指针为1100，此时两者仅最高位不同而其余位相同，但此时FIFO并不是处于写满状态，这与前文所叙述的用二进制码表示的读写指针判断方法是有区别的。当写操作写满一圈，第二次到达地址7时，此时的写指针为1000，可以看出，此时两者的最高两位不同，而其余位相同，这时FIFO真正处于写满状态。

2 DSP端数据接收

TI公司的TMS320C6000系列DSP均提供EMIFA接口，本文利用EMIFA接口实现FPGA向DSP传输数据，实现两者硬件连接的电路如图2所示。

其中，EMIFA的16位数据端与FIFO的Rdata端相连以便接收FPGA发来的数据，GPI04_13，GPI04_12，GPI04_15这3个通用IO口用来接收或输出相应的握手信号。EMA_WE与FIFO的读使能端相连，EMA_CS与FIFO的读时钟相连。

图3所示为DSP的EMIFA口读取数据的时序图，从图中可以看出，每一次读数据操作均以EMA_CS(EMIFA使能信号)下降沿开始，以EMA_CS的上升沿结束。同时，因为是读取操作，EMA_WE(EMA读写控制信号，低为写，高为读)始终为高电平，EMA_OE(EMA输出使能信号，低有效)在数据读取时刻为低电平。所以，将EMA_CS连至FIFO的Rclk端，恰好实现DSP读取一次数据，FIFO更新一个数据，而EMA_WE可作为FIFO的读使能信号。

3 仿真结果与结论

本文设计了数据宽度为16位，深度为2 048的FIFO，并使用Verilog语言编写了FIFO模块和与DSP的接口模块，利用该FIFO，FPGA实现了将数据1～65 535传递给DSP。在Quartus II软件下进行仿真得到的结果如图4所示。

由图4可以看出，在rst变为高电平以后，FPGA在Wclk的上升沿依次将数据写入FIFO中，写指针也从0开始逐次增1。在收到DSP发来的gp15(启动数据发送信号)有效后，在读时钟Rclk的上升沿，FPGA将数据从1开始逐次输出到Rada端，供DSP读取。DSP端在配置好EMIFA口后，编写的相应接收程序，正确接收到了从0～65 535这65 536个数据。

为实现FPGA与DSP之间的数据通信，本文提出了利用异步FIFO的方法，采用格雷码和两级D触发器同步的方法降低了亚稳态现象出现的概率。同时，给出了FPGA和DSP实现数据通信的硬件连接电路。经验证，利用异步FIFO的方法，能够稳定可靠地从FPGA中传输数据给DSP。