FIFO基础
FIFO系列旨在教笨蛋自己，所以可能会有废话和吐槽，以及出现反复的说明。
基础知识
参考这个视频https://www.youtube.com/watch?v=dCj5HAnaCd8
FIFO是什么？
FIFO(First input First Output)：先进先出，先写入的数据先读取
为什么我们需要fifo
FIFO的种类
同步FIFO和异步FIFO
格雷码
格雷码是任意两个相邻数的代码只有一位二进制数不同的编码，这样说太复杂看不懂，下面用3位二进制的表来说明：
| 十进制 | ( $B_2$ ) | ( $B_1$ ) | ( $B_0$ ) |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 2 | 0 | 1 | 0 |
| 3 | 0 | 1 | 1 |
| 4 | 1 | 0 | 0 |
| 5 | 1 | 0 | 1 |
| 6 | 1 | 1 | 0 |
| 7 | 1 | 1 | 1 |
由此表我们可以看到3→4的 $B_2$ $B_1$ $B_0$ 都发生了变化，这种变化可能会导致亚稳态的出现。为了防止这种情况的发生，我们将引入格雷码的概念。
格雷码的规则是:
| 格雷码位 | 转换规则（异或表示） | 转换规则（加法表示） |
|---|---|---|
| ( $G_2$ ) | ( $G_2 = B_2$ ) | ( $G_2 = B_2$) |
| ( $G_1$ ) | ( $G_1 = B_2 \oplus B_1$ ) | ( $G_1 = B_2 + B_1$ ) |
| ( $G_0$ ) | ( $G_0 = B_1 \oplus B_0$ ) | ( $G_0 = B_1 + B_0$ ) |
所以它的格雷码转换如下：
| 十进制 | ($ G_2 $) | ( $G_1$ ) | ( $G_0$ ) |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 2 | 0 | 1 | 1 |
| 3 | 0 | 1 | 0 |
| 4 | 1 | 1 | 0 |
| 5 | 1 | 1 | 1 |
| 6 | 1 | 0 | 1 |
| 7 | 1 | 0 | 0 |
FIFO的理解
FIFO结构
- wptr: 写指针
- rptr: 读指针
- full: 满信号
- empty: 空信号
FIFO的运行
- 初始：rst（复位）过一次后wptr和rptr会在初始的位置（0地址位）上，意思是初始化后大家都从零开始。
- 开始写入：现在假设一直在写入数据，从0一直写到7。
- 写满：当wptr写到7就代表FIFO现在是满(full)的状态，rptr读指针现在还是0（因为没有操作）。
- 写满后写指针：写满后+1，即(111+1=1000)，wptr会重新回到0(因为FIFO只看$B_2$$B_1$$B_0$的数据，即000)，此时wptr和rptr会重合
——FIFO提问：你的wptr和rptr都是0了，我怎么知道是full还是empty?——
- 什么时候是空信号(empty)?
即 wptr=rptr
【我靠你这不矛盾吗？上面刚说wptr和rptr重合了，明明已经把7个位置都沾满了咋还说我是空的？】
为了处理这个问题，还需要再添加一个地址位来处理。 - 多的地址位：上面我们可以看到写满后+1地址位变成了4个(111+1=1000)，多出来的1就是我们的解题关键了
- 满信号(full)的条件：wptr的3位与rptr的3位相同(1[000]和0[000]) + wptr多出来的地址位取反与rptr相同([1]000和[0]000):
full= {~wptr[3],wptr[2:0]}=={rptr[3:0]}
此时我们再把上面的空信号满足条件补充一下：
empty= wptr[3:0]==rptr[3:0] - 空信号(empty)也滚了一周后：上面读满一次让空信号(empty)也+1了，后面的其实也不用担心，因为满信号(full)读满+1就变成0了，如果读满只会和空信号又正好相反。如果FIFO为空，则无法从中读取信号
