FWFT_FIFO和Standard_FIFO对比仿真

  在FPGA中使用FIFO时，如果使用FPGA厂商提供的FIFO IP，一般都会有First Word Fall Through FIFO和Standard FIFO类型选项，那么这两种FIFO有什么差异么。两种FIFO的端口是一样的，看不出区别，只有通过仿真，才能看到实际运行时的差别。仿真工程可以从以下地址下载。https://download.csdn.net/download/cjie221/90684941

1.仿真平台

  下载仿真工程解压后，在sim文件夹下，可以直接双击tb_top.bat脚本运行，或者打开Modelsim，Change Directory到sim文件夹，执行脚本do tb_top.do来运行。
  测试平台tb_top.v框图如下图所示，测试源是计数器数值，在计数值为100 ~ 170之间，产生FIFO写使能，FIFO的写数据就是计数值。在计数值为400 ~ 470之间，产生FIFO读使能，FIFO输出数据。

  被测试单元分别是两种FIFO。fwft_fifo就是First Word Fall Through FIFO，另一个standard_fifo就是Standard FIFO。FIFO利用网上的开源代码来实现，便于有兴趣的同学进一步查看模块内部信号。FIFO的数据位宽用参数DW来表示，这里取32，另一个参数L表示的是FIFO内地址计数器的位宽，所以实际FIFO深度为2^L，这里L取6。不过fwft_fifo代码有点特殊，实际深度为2^L+2=66，而standard_fifo实际深度就是2^L=64。

2.仿真波形

  仿真波形如下图所示，同时驱动fwft_fifo和standard_fifo。先进行写操作，执行71次写操作，实际最多只能写入最大深度个数。然后再进行读操作，执行71次读操作。

（1）fwft_fifo
  上半部分是fwft_fifo仿真波形，先看写数据波形，当wren为1时，写入数据，可以看到写入6个数据后，empty信号才拉低。相比Standard FIFO，empty信号拉低的时间要更长。在empty信号拉低后，fwft_fifo输出端口data_out1就保持为第1个写入的数据。这个与Standard FIFO也是不同的。

  接下来我们再看读数据波形，First Word Fall Through FIFO最大的特点就在于此，当rden为1时，输出端口data_out1立刻就是FIFO输出值。而不像Standard FIFO输出端口有输出至少要延后1个时钟周期。

（2）standard_fifo
  下半部分是standard_fifo仿真波形，先看写数据波形，当wren为1时，写入数据，可以看到只写入1个数据后，empty信号就拉低了，同时输出端口data_out2并没有任何变化。

  然后再看读数据波形，当rden为1时，输出端口data_out2不是立刻就有输出值，而是延时1个时钟周期才有输出。当然有些FIFO IP也会提供pipeline out选项允许延时多个时钟周期输出。

3. First Word Fall Through FIFO应用

  在哪些场合会用到First Word Fall Through FIFO呢，一般是要求读使能rden信号既作为FIFO的读使能信号，又是其他的模块的控制信号，同时要求数据必须与这个控制信号同步，不能有延时。例如以下这种情况。
  有数据需要写入DDR3控制器，但数据必须要先经FIFO缓存，然后在写入时直接从FIFO搬运。我们看一个DDR3控制器的写操作时序图，写使能信号wr_data_en和写数据wr_data必须是同步的，而如果用wr_data_en作为FIFO的读使能，那么这时采用First Word Fall Through FIFO的话，FIFO的输出数据就可以直接对接写数据端口了。

  不过实际应用中大多使用Standard FIFO就可以，First Word Fall Through FIFO使用场合相对较少，并且使用的资源也多一些。