前言：
最近加的群里面有些萌新在进行讨论FIFO的深度的时候，觉得FIFO的深度计算比较难以理解。所以特出漫谈FIFO系列，会涉及到FIFO的深度计算、同步/异步FIFO的设计等。
引言：
考虑如下的场景，是我们小学或者初中的时候学过的一个问题：
场景一：
如上图所示，假设入水口的进水量 2m³/h，出水口的出水量1m³/h，假设水池容量10m³，开始的时候水池没有水，水池多久会满？
答：水池容量 / (进水量 - 出水量) = 10 /(2 - 1) = 10 h
上面我们可以得出，对于进水量比出水量多的情况下，无论水池容量大小是多少，水池在一些时间之后会溢出。
所以这也反映了，我们在IC设计中，对于FIFO这个蓄水池，输入数据的个数一直大于输出数据的个数，FIFO总会溢出产生问题。
场景二：
如上图所示，假设入水口的进水量 2m³/h，出水口的出水量1m³/h，但是本场景和场景二不同的地方是：入水口的进水时间是一天24h中的任意8小时进水。出水口是半天12h中的任意2小时出水。
问水池会溢出吗？可以设计水池的深度让水池不要溢出吗？
（1）对于一天的进水量来说，2 \ 8 = 16m³ ，对于一天的出水量来说，2 \ 2 = 4m³ ， 进水量 - 出水量 = 12 m³，所以水池会溢出。
（2）因为输入数据的个数一直大于输出数据的个数（在当前的时间）。所以无论设计多深的深度，水池都会溢出。
场景三：
如上图所示，假设入水口的时钟是按照分钟来进行间隔，对于入水口，每10分钟流入8m³的水，对于出水口来说，每1.2分钟流出1m³的水。
问水池会溢出吗？可以设计水池的深度让水池不要溢出吗？
（1）对于入水口来说，10分钟8立方米 所以12分钟9.6m³，对于出水口12分钟10m³。所以通过设定水池的深度可以让水池不会溢出。因为总体而言流出的水流是大于流入的水流。
概念1：back to back
对于入水口来说有一种情况是需要注意的。这种情况如下图：
在一次完整的20分钟之内，前面两分钟没有进水，最后的两分钟没有进水，进水的时间集中在20分钟内的连续16分钟内，所以这段时间对于水池来说压力最大，因为水池设计的深度如果不考虑这个可能就会溢出，（这也就是所谓的流(水)量密集）
（2）考虑到概念1再回答场景三的第二个问题：水池的深度应该设计为：
[1] 16m³ / 16 min = 进水量的效率
[2] 1m³ / 1.2min = 出水量的效率
[3] 水池的深度 = （进水量效率 - 出水量效率）\ * 16 min \= （16 /6 ）m³
在计算水池深度我们可以得出结论：
所谓水池的深度在计算的时候，就是进水量在背靠背这段时间内，进水的所有量，减去背靠背这段时间内出水口的出水量，在这背靠背的时间内，入水的量减去出水的量，就是内部的水池应该承受的水量。
正文：
FIFO计算问题：
（1）假设FIFO的写时钟为100MHZ，读时钟为80Mhz，在FIFO输入侧，每100个写时钟，写入80个数据，在读数据侧，每个时钟读出一个数据，问FIFO设置为多少FIFO不会溢出？？
[1] 在输入数据背靠背的情况下，进入（input）FIFO的数据量：
进入FIFO的数据量：160个 消耗的时间：160 个 写时钟
[2] 在输入数据背靠背的时间内，输出（output）端口输出的数据量：
（1）因为输入输出端口的时钟频率不同，所以先把输入数据背靠背的时间换算到输出数据端口的时钟个数：(160 (1/100MHZ) / * (1/80MHZ)=128读时钟周期
（2）则输出端口在背靠背输入的时间*内输出的数据：128 1 = 128个读数据
[3] 则FIFO的深度为：
160 （输入） - 128 （这段时间内的输出） = 32 （内部水池FIFO应该存的）
（2）假设FIFO的写时钟为wclk，读时钟为rclk，在FIFO输入侧，每B个写时钟，写入A个数据，在读数据侧，每Y个时钟读出X个数据，问FIFO设置为多少FIFO不会溢出？？
[1] 在输入数据背靠背的情况下，进入（input）FIFO的数据量:
进入FIFO的数据量：2A ， 消耗的时间：2A \ * (1 / wclk)
[2] 在输入数据背靠背的时间内，输出（output）端口输出的数据量：**
（1）因为输入输出端口的时钟频率不同，所以先把输入数据背靠背的时间换算到输出数据端口的时钟个数：
读时钟周期个数：(2A\ (1 / wclk)) / (1 / rclk)
（2）则输出端口在背靠背输入的时间内输出的数据：
读的数据个数： (2A* (1 / wclk) / (1 / rclk) * \ (X / Y)
[3] 则FIFO的深度为：
输入数据背靠背时间内的输入数据 减去输入数据背靠背时间内的输出数据
2A - [(2A\ (1 / wclk)) / (1 / rclk)] \ (X / Y)
作者：木飞
文章来源：IC解惑君
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