FIFO是英文First In First Out 的缩写，是一种先进先出的数据缓存器，它与普通存储器的区别是没有外部读写地址线，这样使用起来非常简单，但缺点就是只能顺序写入数据，顺序的读出数据， 其数据地址由内部读写指针自动加1完成，不能像普通存储器那样可以由地址线决定读取或写入某个指定的地址。
作用： FIFO一般用于不同时钟域之间的数据传输，比如FIFO的一端是AD数据采集， 另一端是计算机的PCI总线，假设其AD采集的速率为16位 100K SPS，那么每秒的数据量为100K×16bit=1.6Mbps,而PCI总线的速度为33MHz，总线宽度32bit,其最大传输速率为 1056Mbps,在两个不同的时钟域间就可以采用FIFO来作为数据缓冲。另外对于不同宽度的数据接口也可以用FIFO，例如单片机位8位数据输出，而 DSP可能是16位数据输入，在单片机与DSP连接时就可以使用FIFO来达到数据匹配的目的。
分类：根据FIFO工作的时钟域，可以将FIFO分为同步FIFO和异步FIFO。同步FIFO是指读时钟和写时钟为同一个时钟。在时钟沿来临时同时发生读写操作。异步FIFO是指读写时钟不一致，读写时钟是互相独立的。
若输入输出总线为同一时钟域，FIFO只是作为缓存使用，用同步FIFO即可，此时，FIFO在同一时钟下工作，FIFO的写使能、读使能、满信号、空信号、输入输出数据等各种信号都在同一时钟沿打入或输出。
若输入输出为不同时钟域，FIFO作时钟协同作用，需要采用异步FIFO，此时，FIFO在读与写分别在各自时钟下工作，FIFO的写使能、写满信号、输入数据等各种输入信号都在同一输入时钟沿打入或输出。读使能、读空信号、输出数据等各种输出信号都在同一输出时钟沿打入或输出。
设计：FIFO设计的难点在于怎样判断FIFO的空/满状态。为了保证数据正确的写入或读出，而不发生溢出或读空的状态出现，必须保证FIFO在满的情况下，不能进行写操作。在空的状态下不能进行读操作。怎样判断FIFO的满/空就成了FIFO设计的核心问题。
读写指针的工作原理
读指针：总是指向下一个将要被写入的单元，复位时，指向第1个单元(编号为0)。
写指针：总是指向当前要被读出的数据，复位时，指向第1个单元(编号为0)
FIFO的“空”/“满”检测
FIFO设计的关键：产生可靠的FIFO读写指针和生成FIFO“空”/“满”状态标志。
当读写指针相等时，表明FIFO为空，这种情况发生在复位操作时，或者当读指针读出FIFO中最后一个字后，追赶上了写指针时
module fifo(clock,reset,read,write,fifo_in,fifo_out,fifo_empty,fifo_half,fifo_full);
input clk,rst,rd,wr;
input [15:0]fifo_in;
output[15:0]fifo_out;
output fifo_empty,fifo_half,fifo_full;//标志位
reg [15:0]fifo_out;
reg [15:0]ram[15:0];
reg [3:0]rd_p,wr_p,cnt;//指针与计数
wire fifo_empty,fifo_half,fifo_full;
always@(posedge clk)
if(rst)
begin
rd_p=0;
wr_p=0;
cnt=0;//额外计数器，辅助判断空满足
fifo_out=0; //初始值
end
else
case({read,write})
2'b00:
cnt=cnt; //没有读写指令
2'b01: //非满 写指令，数据输入fifo
if(~fifo_empty)begin
ram[wr_p]=fifo_in;
cnt=cnt+1;
wr_p=(wr_p==15)?0:wr_p+1;
end
2'b10: ///非空读指令，数据读出fifo
if(~fifo_full)begin
fifo_out=ram[rd_p];
cnt=cnt-1;
rd_p=(rd_p==15)?0:rd_p+1;
end
2'b11: // 非曼非空读写指令同时，数据可以直接输出
if(~fifo_full&&~fifo_empty)begin
if(cnt==0)
fifo_out=fifo_in;
else
begin
ram[wr_p]=fifo_in;
fifo_out=ram[rd_p];
wr_p=(write_p==15)?0:wr_p+1;
rd_p=(rd_p==15)?0:wr_p+1;
end
end
endcase
assign fifo_empty=(cnt==0); //标志位赋值 组合电路
assign fifo_half=(cnt==8);
assign fifo_full=(cnt==15);
endmodule
?
