FIFO 最小深度計算

例子 - 1：f_wr 》 f_rd，連續讀寫

寫時鐘80MHz。

讀時鐘50MHz。

Burst_Len = 120，也就是要求至少安全寫入120個數據。

連續寫入和連續讀取，無空閑時間，寫入后立即開始讀取 ，讀寫寬度相同。

Sol：

寫速率 》 讀速率，FIFO遲早會被寫滿，但它要求至少寫入120個數據后FIFO不滿。

寫入120個數據耗時 120 * 12.5 ns = 1500 ns。

寫入開始后FIFO內數據以 30M/Date 速率增加。

數據增加持續了 1500 ns ，FIFO最小深度：0.0000015 * 30000000 = 45

例子-1 總結公式：

例子 - 2 ：f_wr 》 f_rd & 寫速率 》 讀速率，非連續讀寫

寫時鐘80MHz。

讀時鐘50MHz。

Burst_Len = 120，也就是要求至少安全寫入120個數據。

寫入后立即開始讀取 ，讀寫寬度相同。

2個時鐘中有1個數據寫入（寫速率：80M * 1/2 = 40M）。

4個時鐘中有1個數據讀出（讀速率：50M * 1/4 = 12.5M）。

Sol：

FIFO遲早會被寫滿 ，但它要求至少寫入120個數據后FIFO不滿。

寫一個數據耗時：2/80MHz = 25ns

需要至少寫入120數據，耗時：25 * 120 = 3000ns

例子2只是讀寫速率和例子1不同，可以直接用的公式（1） ：

FIFO_DEPTH 》 （寫速率-讀速率）* Burst_Len/寫速率 = （40M-12.5M）*120/40M = 83

例子 - 3：f_wr 《 f_rd ，連續讀寫

寫時鐘30MHz。

讀時鐘50MHz。

Burst_Len = 120，也就是要求至少安全寫入120個數據。

連續寫入和連續讀取，無空閑時間，寫入后立即開始讀取 ，讀寫寬度相同。

Sol：

FIFO_DEPTH 》 1 即可。讀速率比寫速率快，數據不會滯留。

例子 -4：f_wr 《 f_rd & 寫速率 》 讀速率，非連續讀寫

寫時鐘30MHz。

讀時鐘50MHz。

Burst_Len = 120，也就是要求至少安全寫入120個數據。

2個時鐘中有1個數據寫入（寫速率：30M * 1/2 = 15M）。

4個時鐘中有1個數據讀出（讀速率：50M * 1/4 = 12.5M）。

Sol：

雖然寫時鐘小于讀時鐘頻率，但是，宏觀上寫速率大于讀速率。可以直接用的公式（1） ：

FIFO_DEPTH 》 （寫速率-讀速率）* Burst_Len/寫速率 = （15M-12.5M）*120/15M = 20

例子 1-4總結

當滿足以下所有條件時，就可使用公式（1）：

寫速率 》 讀速率時。

讀寫有效數據占比 《= 0.5，且 有效數據均勻分布在所有時間上。或者說，無論微觀時間、還是宏觀時間上，讀寫速率近似于 時鐘頻率 * 有效數據占比時。

當每100個時鐘寫80個數據時，微觀時間上的寫速率與數據排列有關，不能將宏觀寫速率帶入式子（1）

例子 - 5

讀寫時鐘頻率相同。

100個時鐘有80個數據寫入。

10個時鐘有8個數據讀出。

Burst_Len = 160，也就是要求至少安全寫入160個數據 。

Sol：

宏觀上，讀寫速率相同；當FIFO足夠深時，FIFO不會溢出。

微觀上，寫速率有多種情況：

為了求出安全的最小FIFO深度，我們需要考慮最差的情況。

最差的情況下，寫入和讀出速度應該相差最大。寫入要最快，讀出要最慢。FIFO內的數據增加最快。

從上表中可得出：最大寫入速率是case 4（back to back write，中間沒有空閑，速率為時鐘頻率 f，寫入了160個 ）。

讀出要最慢，在寫160個數據期間，讀相比于寫端可以認為是速率均勻的，速率為 f*8/10，讀出了160 * 8 /10 = 128個。

因此 FIFO_DEPTH 》 160 - 128 = 32。用公式（1）也可以得到這個結果，寫速率帶入f而不是f*8/10。

總結：求解步驟

考慮最差的情況下，寫入和讀出速度應該相差最大。寫入要最快，讀出要最慢。FIFO內的數據增加最快。

只考慮宏觀上寫入速率 》= 讀出速率的情況。

確定寫入Burst_Len大小。Burst_Len指的是一段連續寫入區間，由于沒有空隙這段時間寫入速率最大最多。一定要對具體的數據分布情況具體分析，Burst_Len一定是最長的一段連續寫入區間。

在微觀上，確定最大寫入速率。Burst_Len足夠長時，寫入速率 = 寫時鐘頻率（back to back write）。而在例子 - 2中，Burst_Len很短，沒有back to back write，寫入速率 = 寫時鐘頻率 * 寫有效占比。

在微觀上，確定最小讀出速率。一般認為讀出速率是均勻的，讀出速率 = 讀時鐘頻率 * 讀有效占比。

帶入公式（1）計算。

Burst_Len足夠長時，將上面讀出寫入速率帶入公式（1），可得到網上討論最多的FIFO深度求解公式：

不建議直接用公式（2）無腦計算，上式只有Burst_Len足夠長，發生back to back write時才適用。建議根據1~6步驟，判斷微觀寫速率是否均勻，帶入式子（1）計算。

編輯：jq