axi stream fifo

### AXI Stream FIFO 实现与使用 AXI Stream 是一种轻量级协议，主要用于数据流传输场景下的硬件设计。它支持点对点的数据流动，并广泛应用于 FPGA 和 ASIC 设计中[^1]。 #### AXI Stream 协议简介 AXI Stream 提供了一种高效的方式用于处理连续数据流。其核心特性在于 TVALID/TREADY 握手机制，这使得发送方和接收方能够动态调整数据速率并保持同步[^1]。这种握手机制对于 FIFO 的实现尤为重要，因为它允许缓冲区在不同频率下运行而不丢失数据。 #### AXI Stream FIFO 基本原理 FIFO（First In First Out）是一种常见的存储结构，在 AXI Stream 中通常被用来解决生产者-消费者模型中的速度不匹配问题。具体来说： - **写入操作**：当输入端有有效数据时（TVALID=高），如果 FIFO 缓冲区未满，则可以将数据存入其中。 - **读取操作**：当输出端准备好接受新数据时（TREADY=高），如果 FIFO 非空，则可以从缓冲区取出数据传递给下游模块[^1]。 以下是基于 Vivado HLS 或 Verilog/VHDL 的简单实现框架示例： ```verilog module axi_stream_fifo #( parameter DATA_WIDTH = 32, parameter ADDR_WIDTH = 8 // Defines the depth of FIFO (2^ADDR_WIDTH) )( input wire clk, input wire reset, // Slave Interface (Input to FIFO) input wire tvalid_in, output reg tready_in, input wire [DATA_WIDTH-1:0] tdata_in, // Master Interface (Output from FIFO) output reg tvalid_out, input wire tready_out, output reg [DATA_WIDTH-1:0] tdata_out ); reg full; reg empty; // Memory Array Implementation reg [DATA_WIDTH-1:0] memory [(1 << ADDR_WIDTH)-1:0]; integer wr_ptr, rd_ptr; always @(posedge clk or posedge reset) begin if(reset) begin full <= 1'b0; empty <= 1'b1; wr_ptr <= 0; rd_ptr <= 0; end else begin if(tvalid_in && tready_in && !full) begin memory[wr_ptr] <= tdata_in; wr_ptr <= wr_ptr + 1; if(wr_ptr == rd_ptr) full <= 1'b1; empty <= 1'b0; end if(tvalid_out && tready_out && !empty) begin tdata_out <= memory[rd_ptr]; rd_ptr <= rd_ptr + 1; if(rd_ptr == wr_ptr) empty <= 1'b1; full <= 1'b0; end end end assign tvalid_out = !empty; assign tready_in = !full; endmodule ``` 此代码片段展示了一个基本的 AXI Stream FIFO 结构，适用于大多数 FPGA 平台上的应用需求[^1]。 #### 工具链支持 Xilinx Vivado HLS 支持通过高级综合工具自动生成 RTL 级别的 IP 核心文件，其中包括针对 AXI Stream 接口优化过的 FIFO 组件。开发者可以通过定义任意精度类型来进一步定制化这些组件的功能属性。 ---