【原创博文】基于FPGA的异步FIFO验证
现在开始对上一篇博文介绍的异步FIFO进行功能验证，上一篇博文地址：https://blog.chinaaet.com/crazybird/p/5100000872 。对异步FIFO验证的平台如图1所示。
图1 异步FIFO验证平台
其中，clock为时钟生成器，asyn_fifo_if为产生异步FIFO读写命令的模块，asyn_fifo为异步FIFO设计模块。
验证顶层模块testbench的代码如下所示：
/*******************************版权申明********************************
** 电子技术应用网站, CrazyBird
** https://www.chinaaet.com, https://blog.chinaaet.com/crazybird
**
**------------------------------文件信息--------------------------------
** 文件名： clock.v
** 创建者： CrazyBird
** 创建日期： 2016-1-16
** 版本号: v1.0
** 功能描述： 时钟生成器
**
***********************************************************************/
// synopsys translate_off
`timescale 1 ns / 1 ps
// synopsys translate_on
module testbench;
//******************************************************************
// 变量定义
//******************************************************************
wire wr_rst_n;
wire wr_clk;
wire wr_en;
wire [7:0] wr_data;
wire wr_full;
wire [4:0] wr_cnt;
wire rd_rst_n;
wire rd_clk;
wire rd_en;
wire [7:0] rd_data;
wire rd_empty;
wire [4:0] rd_cnt;
//******************************************************************
// 时钟生成器例化
//******************************************************************
clock #(
.C_CLK_FREQ(100.0)
u_clock_wr (
.clk ( wr_clk )
);
clock #(
.C_CLK_FREQ(70.0)
u_clock_rd (
.clk ( rd_clk )
);
//******************************************************************
// 异步FIFO读写指令产生模块例化
//******************************************************************
asyn_fifo_if #(
.C_DATA_WIDTH(8)
u_asyn_fifo_if (
.wr_rst_n ( wr_rst_n ),
.wr_clk ( wr_clk ),
.wr_en ( wr_en ),
.wr_data ( wr_data ),
.wr_full ( wr_full ),
.rd_rst_n ( rd_rst_n ),
.rd_clk ( rd_clk ),
.rd_en ( rd_en ),
.rd_empty ( rd_empty )
);
//******************************************************************
// 异步FIFO模块例化
//******************************************************************
asyn_fifo #(
.C_DATA_WIDTH(8),
.C_FIFO_DEPTH_WIDTH (4)
u_asyn_fifo (
.wr_rst_n ( wr_rst_n ),
.wr_clk ( wr_clk ),
.wr_en ( wr_en ),
.wr_data ( wr_data ),
.wr_full ( wr_full ),
.wr_cnt ( wr_cnt ),
.rd_rst_n ( rd_rst_n ),
.rd_clk ( rd_clk ),
.rd_en ( rd_en ),
.rd_data ( rd_data ),
.rd_empty ( rd_empty ),
.rd_cnt ( rd_cnt )
);
endmodule
时钟模块clock的代码实现如下所示（时钟的频率可设置）：
/*******************************版权申明********************************
** 电子技术应用网站, CrazyBird
** https://www.chinaaet.com, https://blog.chinaaet.com/crazybird
**
**------------------------------文件信息--------------------------------
** 文件名： clock.v
** 创建者： CrazyBird
** 创建日期： 2016-1-16
** 版本号: v1.0
** 功能描述： 时钟生成器
**
***********************************************************************/
// synopsys translate_off
`timescale 1 ns / 1 ps
// synopsys translate_on
module clock(
clk
);
//******************************************************************
// 参数定义
//******************************************************************
parameter C_CLK_FREQ = 100.0; //MHz
localparam C_CLK_CYCLE = 1000.0 / C_CLK_FREQ;
//******************************************************************
// 端口定义
//******************************************************************
output reg clk;
//******************************************************************
// 时钟生成
//******************************************************************
initial
begin
clk = 0;
forever #(C_CLK_CYCLE/2)
clk = ~clk;
end
endmodule
本次测试的步骤如下所示：
（1）只写异步FIFO
（2）只读异步FIFO
（3）同时读写异步FIFO
测试步骤的代码在asyn_fifo_if模块中，如下所示：
/*******************************版权申明********************************
** 电子技术应用网站, CrazyBird
** https://www.chinaaet.com, https://blog.chinaaet.com/crazybird
**
**------------------------------文件信息--------------------------------
** 文件名： asyn_fifo_if.v
** 创建者： CrazyBird
** 创建日期： 2016-1-16
** 版本号: v1.0
** 功能描述： 产生异步FIFO的读写命令
**
***********************************************************************/
// synopsys translate_off
`timescale 1 ns / 1 ps
// synopsys translate_on
module asyn_fifo_if(
wr_rst_n,
wr_clk,
wr_en,
wr_data,
wr_full,
rd_rst_n,
rd_clk,
rd_en,
rd_empty
);
//******************************************************************
// 参数定义
//******************************************************************
parameter C_DATA_WIDTH = 8;
//******************************************************************
// 端口定义
//******************************************************************
output reg wr_rst_n;
input wr_clk;
output reg wr_en;
output reg [C_DATA_WIDTH-1:0] wr_data;
input wr_full;
output reg rd_rst_n;
input rd_clk;
output reg rd_en;
input rd_empty;
//******************************************************************
// 内部变量定义
//******************************************************************
reg normal_wr;
reg normal_rd;
//******************************************************************
// 变量初始化
//******************************************************************
initial
begin
wr_rst_n = 1'b0;
rd_rst_n = 1'b0;
normal_wr = 1'b0;
normal_rd = 1'b0;
#492;
wr_rst_n = 1'b1;
rd_rst_n = 1'b1;
#100;
//只写FIFO
normal_wr = 1'b1;
repeat(20) @(negedge wr_clk);
normal_wr = 1'b0;
//只读FIFO
normal_rd = 1'b1;
repeat(20) @(negedge rd_clk);
normal_rd = 1'b0;
//同时读写FIFO
normal_wr = 1'b1;
normal_rd = 1'b1;
repeat(100) @(negedge wr_clk);
normal_wr = 1'b0;
normal_rd = 1'b0;
repeat(20) @(negedge rd_clk);
$stop;
end
//******************************************************************
// 写FIFO信号的产生
//******************************************************************
always @(negedge wr_clk or negedge wr_rst_n)
begin
if(wr_rst_n == 1'b0)
begin
wr_en
wr_data
end
else if(normal_wr == 1'b1)
begin
if(wr_full == 1'b0)
begin
wr_en
wr_data
end
else
begin
wr_en
wr_data
end
end
else
begin
wr_en
wr_data
end
end
//******************************************************************
// 读FIFO信号的产生
//******************************************************************
always @(negedge wr_clk or negedge wr_rst_n)
begin
if(wr_rst_n == 1'b0)
rd_en
else if(normal_rd == 1'b1)
begin
if(rd_empty == 1'b0)
rd_en
else
rd_en
end
else
rd_en
end
endmodule
modelsim仿真结果如图2~4所示（具体情况可自行分析）。
图2 只写异步FIFO
图3 只读异步FIFO
图4 同时读写异步FIFO
至此，异步FIFO的设计和验证都完成了。现在预告下一篇博文：参数化的优先级编码器设计。哈哈，不要以为很简单哦。记住，是“参数化”，即输入信号的位宽可设置。大家也可以先想想如何实现。也许，灵感一来很快就想出来了，否则，半个小时、1个小时、甚至很多。
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