学习笔记20151211——AXI4 STREAM DATA FIFO

Posted 2020-10-16 yf869778412

AXI4 STREAM DATA FIFO是输入输出接口均为AXIS接口的数据缓存器，和其他fifo一样是先进先出形式。可以在跨时钟域的应用中用于数据缓冲，避免亚稳态出现。支持数据的分割和数据拼接。在使用该IP核之前，我们应该熟悉该IP核的各种参数设定的含义。

 
上图则是该IP核的参数设定界面（开发环境为VIVADO2015.1），点击左上角的Documentation，下拉框中选择Product Guide，打开该IP核的说明文档。 
链接如下： 
http://www.xilinx.com/support/documentation/ip_documentation/axis_infrastructure_ip_suite/v1_1/pg085-axi4stream-infrastructure.pdf

Component Name： 
元件名字：该IP核生成后的模块名；

FIFO Depth： 
FIFO深度：该设定为指定例化FIFO的深度。当FIFO的深度为16或者32时利用基于FIFO的LUTRAM，其他深度的FIFO将利用BLOCK RAM实现。

Enable Packet Mode： 
使能包模式：设置为Yes将使能包模式。此项设定需要TLAST信号被使能。FIFO的操作在包模式下被修改为存储传送的数据，知道TLAST信号被断言（响应）。当TLAST信号被响应或者FIFO满了,存储的传送数据将被送至AXI4-Stream master interface。

Asynchronous Clocks： 
异步时钟：如果设定了Yes，S_AXIS_ACLK和M_AXIS_ACLK被设定为与彼此异步，该IP将在异步模式进行操作。

Synchronization Stages across Cross Clock Domain Logic： 
跨交叉时钟域逻辑的同步阶段： 
当S_AXIS_ACLK和M_AXIS_ACLK是与彼此异步的，此项参数指定了用于跨时钟域逻辑的同步阶段的阶数。增加这个值可以增加设计的MTBF，但是会增加延迟时间和逻辑利用。参考the FIFO Generator Product Guide（PG075）获得该参数的更多信息。

ACLKEN Conversion Mode 
ACLKEN转换模式： 
这个下拉选项为ACLKEN信号的转换模式。当ACLKEN转换执行时会消耗额外的延迟和逻辑。这个选项有： 
None - 这里没有ACLKEN信号关联于IP。 
S AXIS Only - 一个S_AXIS_ACLKEN信号关联到S_AXIS_ACLK时钟信号和没M_AXIS_ACLKEN信号。 
M AXIS Only - 一个M_AXIS_ACLKEN信号关联到M_AXIS_ACLK时钟信号和没有S_AXIS_ACLKEN信号。 
S AXIS & M AXIS - 两边时钟都有 ACLKEN信号关联到他们。

Signal Properties： 
信号特性： 
当使用IP集成器是，Vivado IDE会自动计算这些参数的值。

TDATA Width（bytes）： 
TDATA位宽（字节为最小单位）： 
该参数指定了所有AXI4-Stream interfaces中的TDATA信号的位宽，以字节为最小单位。该参数为整数，在0到512之间。设为0将省略TDATA信号。如果TDATA信号被省略，TKEEP和TSTRB信号也会被省略。接口数据的位宽按bits计算，需要乘以8。

Enable TSTRB 
使能TSTRB信号 
如果设定为Yes，这个参数指定是否在所有AXI4-Stream interfaces使用可选的TSTRB信号。这个选项只能在TDATA Width（bytes）参数大于0时才可以使能。

Enable TKEEP 
使能TKEEP信号 
如果设定为Yes，这个参数指定是否在所有AXI4-Stream interfaces使用可选的TKEEP信号。这个选项只能在TDATA Width（bytes）参数大于0时才可以使能。

Enable TLAST： 
使能TLAST： 
如果设定为Yes，这个参数指定是否在所有AXI4-Stream interfaces使用可选的TLAST信号。对于TLAST信号要重点说明，因为在使用STREAM FIFO时TLAST的作用特别的重要。对于STREAM FIFO来说，TLAST信号的作用是指示一次传输数据流的最后一个数据，也指示着该数据流的结束。其会记录下TLAST信号的位置，及当其SLAVE接口（SFIFO的数据写入接口）的某一个数据写入的同时TLASET信号也为高的话，当MASTER接口（SFIFO的数据读出接口）读出该数据的同时也会将TLAST信号拉高。总结起来就是，进的数据有TLAST，该数据出的时候就会有TLAST。 
TID Width（bits）： 
TID位宽（比特为单位）： 
如果该参数大于0，这个参数指定是否在所有的AXI4-Stream interfaces中使用TID信号。值大于0省略这个信号。

TDEST Width（bits）： 
TDEST位宽（bits）： 
如果该参数大于0，这个参数指定是否在所有的AXI4-Stream interfaces中使用TDEST信号。值大于0省略这个信号。

TUSER Width（bits）： 
TUSER 位宽（bits）： 
如果该参数大于0，这个参数指定是否在所有的AXI4-Stream interfaces中使用TDEST信号。值大于0省略这个信号。

这里重点说下Synchronization Stages across Cross Clock Domain Logic，这个参数的出现是由于在进行跨时钟域操作时，即FIFO的读写时钟异步时，在读时钟域与写时钟域进行数据交互时可能会存在亚稳态，而通过在数据交换节点插入连续的寄存器进行时钟同步，而这个参数的数值就是插入的同步寄存器的个数，或者叫做阶数。阶数越高,MTBF(Mean Time Between Failures，平均无故障时间)越大，则出现亚稳态的几率越小，但是同时也会增加信号传输的延迟和增加额外的逻辑资源。

还有一个参数Packet Mode，当开启整包发送模式后，FIFO会一直检测当前接收数据量，只有当数据量到达FIFO的深度时，即FIFO满的时候（在实际测试中发现当STREAM FIFO满的时候不会输出TLAST信号），或者是FIFO的SLAVE接口接收到TLAST信号时，该FIFO的MASTER接口才可以输出有效数据，及才会允许后级模块接收FIFO内数据。

在使用STREAM FIFO的应用中只应用到了TDATA、TVALID、TREADY以及TLAST信号，所以接下来对STREAM FIFO的功能说明只要是针对只是用以上信号的条件下的。

STREAM FIFO的复位信号为低有效，当复位信号拉高后的第三个时钟上升沿s_axis_tready信号会自动拉高，该fifo处于等待接收数据状态。 

当STREAM FIFO的前端有数据需要发送时，在s_axis_tready为高时拉高s_axis_tvalid信号，在下个时钟上升沿，STREAM FIFO便开始收数。 

当STREAM FIFO内部的数据达到fifo的深度时，在接收进最后一个数据的同时，s_axis_tready将会变为低，告诉前级fifo已满，不能在收数据了。其实S_axis_tready信号相当于普通FIFO的full与empty信号的综合体。 

对STREAM FIFO 的MASTER接口为FIFO的数据输出接口。当STREAM FIFO接收到数据并传到MASTER接口上时，m_axis_tvalid便会拉高，由于使用的STREAM FIFO为异步时钟模式，数据写入时钟比数据读出时钟要快，而读数据计数器的刷新是在读数据时钟的上升沿，所以可以从图中看到读数据计数器的值是跳跃上升的。当FIFO的后端将m_axis_tready拉高时，MASTER接口便会将数据送出去。

最后再来观测下TLAST信号： 

为了说明TLAST信号的传输特点，我们在SLAVE的写入数据时在数据1023 和数据1024的时候将s_axis_tlast拉高。然后打开MASTER接口将STREAM FIFO内部的数据读出。 

从MASTER接口的数据流可以看出，将数据1023和数据1024读出的同时也会将m_axis_tlast信号拉高。

最后说明一下STREAM FIFO的Packet mode包模式，开启包模式必须是采用同步时钟，而且TLAST信号必须使用。 
在包模式下，数据将是以包的单位，而包内数据的数量由TVALID、TREADY和TLAST信号控制，TVALID信号和TREADY信号一起为包数据的开始，TLAST信号为包数据的结束。当STREAM FIFO里面没有收到一包的数据时，FIFO的MASTER接口将处于关闭状态，即m_axis_tvalid将一直保持为低。当STREAM FIFO内部数据有至少一包及以上的数据时，MASTER接口将开启，m_axis_tvalid将会拉高，当后级将存的包数据取完之后，MASTER接口又将关闭，m_axis_tvalid将拉低，直到接收到下一包数据之后才会重新打开。 

转载：http://blog.csdn.net/qq_20748649/article/details/50265141