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

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