仿真思路
- 如何在写入标志信号（写入请求信号）有效时将数据写入到FIFO中？
在调用模块代码中，pi_flag每四个时钟周期产生一个有效信号，即写请求信号。每次当pi_data检测到pi_flag信号有效时加1，从0~255循环变化。实现效果就是在pi_flag有效时将pi_data写入到FIFO中。 - 读请求信号rdreq在FIFO的满标志信号full有效时拉高，空标志信号empty有效时拉低。
仿真代码
'timescale 1ns/1ns
module tb_fifo();
//定义寄存器,定义线束
reg sys_clk ;
reg [7:0] pi_data ;
reg pi_flag ;
reg rdreq ;
reg sys_rst_n;
reg [1:0] cnt_baud ;
wire [7:0] po_data;
wire empty ;
wire full ;
wire [7:0] usedw ;
//***********主要代码*************
//系统时钟初始化，复位信号
initial begin
sys_clk = 1'b1;
sys_rst_n <= 1'b0;
#100;//延迟100ns
sys_rst_n <= 1'b1;
end
//50Mhz系统时钟设置：周期为20ns,每10ns电平翻转一次
always #10 sys_clk = ~sys_clk;
//计数器设置，计数0~3
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
cnt_baud <= 2'b0;
else if(&cnt_baud == 1'b1)
cnt_baud <= 2'b0;
else
cnt_baud <= cnt_baud + 1'b1;
//pi_flag：写请求信号，输入有效标志信号,每四个时钟周期且没有读要求时产生一个数据有效标志信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
pi_flag <= 1'b0;
else if((cnt_baud == 2'd0) && (rdreq == 1'b0))
pi_flag <= 1'b1;
else
pi_flag <= 1'b0;
//写入的数据：pi_data 0~255的循环
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
pi_data <= 8'b0;
else if((pi_data == 8'd255) && (pi_flag == 1'b1))
pi_data <= 8'b0;
else if(pi_flag == 1'b1)
pi_data <= pi_data +1'b1;
//读请求信号
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
if(sys_rst_n == 1'b0)
rdreq <= 1'b0;
else if(full == 1'b1)
rdreq <= 1'b1;
else if(empty == 1'b1)
rdreq <= 1'b0;
//例化
fifo fifo_inst(
.sys_clk (sys_clk),
.pi_data (pi_data),
.pi_flag (pi_flag),
.rdreq (rdreq ),
.po_data (po_data),
.empty (empty ),
.full (full ),
.usedw (usedw )
);
endmodule
编译，设置NativeLink后，进行仿真，在设置testbech时将仿真时间设置为100微秒，设置testbech的具体步骤不再赘述。
仿真结果分析
运行Modelsim后，出现仿真结果如下，其中：
pi_data（写入数据）与po_data（读出数据）交替出现；
pi_flag（数据有效标志信号）与pi_data对应；
rdreq（读请求信号）为高电平有效时，po_data信号输出；
将写入数据与读出数据衔接的时间段放大后来看：
pi_data信号为11111111（255），且pi_flag信号为1时，full（满标志信号）拉高，表明存储空间已满。
此时usedw（存储数据的个数）也变为了0。
下图中，full（满标志信号）有效时，rdreq（读请求信号）也被拉高，开启读数据。
读取数据开始时，有两个时钟周期的0，第一个潜伏期导致，第二个为读出的数据0。
整体来看，随着数据被逐渐读出，存储的数据也慢慢减少，full信号在读出第一个数据后就迅速被拉低。如下图所示：
之前设置的是普通模式，如下图，在读到数据11111110时，empty信号就被拉高，原因是这里读出的数据要比读使能信号延一拍。
在之前的FIFO IP核配置过程中，如果把普通模式更改为先出数据模式，如下图，则会出现相对容易理解的结果。
这里当rdreq（读请求信号）有效时，数据并没有像之前一样有一个潜伏的0信号，读数据和rdreq信号是同步的。
而对于empty信号，在读出最大数11111111（255）后被立刻拉高：
小结
OK，上面就是同步时钟FIFO IP 的仿真结果相关分析了，可以发现结合信号波形来理解FIFO，很多之前不太理解的地方会变的清晰一些，但是有些地方还是有些模模糊糊。还有一个异步时钟FIFO IP核的仿真，还得再写一期。
参考资料：《FPGA Verilog开发实战指南》《Verilog数字系统设计教程》
特别鸣谢：BiliBili