FPGA中利用fifo时钟域转换—慢时钟域转快时钟域

一、时间计算方法

FIFO的输入数据的时钟是40MHz，FIFO输出数据取60MHz，刚好是40MHz的1.5倍，将慢时钟域转快时钟域。另外，fifo输出的数据，要输出给上位机，一帧数据要传输640*512=327680个像素数据，要求帧频为100Hz，对应的时间是1/100Hz=10ms，即要求10ms内将327680个数据传输完毕。验证fifo的输出时钟60MHz是否满足要求的方法：输出一帧数据的时间 = 一帧的总数据量/频率，T=(640 ×1.5 ×512 )/ 60M=8.192 ms

什么是频率：单位时间内周期变化的次数。1 Hz 表示每秒发生一次

二、注意的问题

1、FPGA中的计数器其实就是在计时。FIFO输入端的时钟频率小，输出时钟频率快，为了保证输入FIFO的数据与输出数据速度相等，即FIFO不至于读空，行计数器计数的最大值也必须放大1.5倍，即640*1.5=960，从FIFO中读数据时前640个计数时数据有效，这640个计数期间可以至一个标志rd_en位为1，作为FIFO读使能信号，960中的后320个计时为FIFO读数据消隐期，此时rd_en=0，即不读数据。这样输入FIFO的数据读出FIFO的数据时间上就可以匹配上，不至于将FIFO读空。

2、先预存一行640个数据到FIFO中，存第二行数据的同时，读取第一行的数据，这样FIFO就不会被读空；

3、FIFO输出后面的模块必须要60M的时钟来接收数据，不然数据会不正确。后面模块的时钟慢了数据会丢失，时钟快了会多出无效的数据。

三、代码设计:

module Slow2Fast(input i_reset,input i_clk_60m ,input i_clk_40m,input i_valid ,input [15:0] data ,output o_hsync,output o_vsync,output [11:0]o_vcnt,output [15:0] o_data
);reg  fifo_clr;reg  vsync ;reg  hsync ;reg  vsync_d ;reg  hsync_d;wire fifo_rd_req ;wire fifo_wr_req  ;wire [15:0] fifo_wr_data ;wire [15:0] fifo_rd_data ;reg [11:0]  hcnt;reg [11:0]  vcnt ;reg i_valid_d1;reg i_valid_d2,i_valid_d3;reg valid_shift_out,valid_buf;    //行场计数器，就是计时    always@(posedge i_clk_60m)begini_valid_d1 <= i_valid;i_valid_d2 <= i_valid_d1;i_valid_d3 <= i_valid_d2;if ((i_valid_d2 == 1'b1) && (i_valid_d3 == 1'b0)) begin //valid 信号的上升沿。上升沿到来，行场计数器清零hcnt <= 0;vcnt <= 0;endelse beginif (hcnt == (960 - 1))begin //输入时钟为40M,输出时钟为60M，60M=1.5*40M。 640*513 乘1.5时得： 960*563if (vcnt = (566 - 1)) //563vcnt <= vcnt;else beginvcnt <= vcnt + 1;endhcnt <=0;endelsehcnt <= hcnt + 1;      end//vcnt:0到513 hcnt:0到639      always@(posedge i_clk_60m) beginif (vcnt >= 1 and vcnt <= 512)// vcnt从1开始，因为要预存一行vsync <= 1'b1;elsevsync <= 1'b0;if((hcnt >= 0 && hcnt <= 639) && (vcnt >= 1 && vcnt <= 512))//FIFO读使能信号，在60M下在前640个计数，读信号为1，后320个计数为读FIFO消隐期hsync <= 1'b1;elsehsync <= 1'b0;if(vcnt = 513) fifo_clr <=  1'b1;elsefifo_clr <=  1'b0;end //		打拍always@(posedge i_clk_60m)  begin //60Mhsync_d <= hsync;vsync_d <= vsync;endassign  fifo_wr_req  = i_valid;assign  fifo_wr_data = i_data;assign  fifo_rd_req  = hsync;assign  o_hsync      = hsync_d;assign  o_vsync      = vsync_d; assign  o_data       = fifo_rd_data;assign  o_vcnt = vcnt;fifo_out inst_fifo_out (.rst		( fifo_clr ),.wr_clk	(  i_clk_40m ),//写FIFO时钟为40M.rd_clk 	(i_clk_60m) ,//读FIFO时钟为60M.din  	(fifo_wr_data)   ,.wr_en   	(fifo_wr_req)  ,.rd_en   	(fifo_rd_req) ,.dout    	(fifo_rd_data) ,.full  	(),.empty   	(),.wr_rst_busy	(),.rd_rst_busy 	());endmodule    

---晓凡	2025年2月20日于武汉书