所谓FIFO就是先进先出的意思，通俗的说，就像数据从一个管道的一端进去而从管道的另一端输出。FIFO是一个没有地址端口的存储器，它依靠内部写指针（指定写数据的位置）和读指针（指定读数据的位置）来进行数据的存储或读取。

FIFO有同步FIFO和异步FIFO之分。它们的区别是同步FIFO数据的读写受同一时钟源的控制，而异步FIFO的读写则可以受不同时钟源控制。在这里，我将要介绍的是基于同步的FIFO设计。下面分别介绍基于移位寄存器模式和基于双端口RAM模式的同步FIFO设计。

1、基于移位寄存器的同步FIFO设计

基于移位寄存器的同步FIFO只需一个读指针，指示FIFO中第一个有效数据，如图1所示。

图1 基于移位寄存器的FIFO读写数据过程

这里设计一个数据位宽和FIFO深度都可设置的简单FIFO，其实现电路如下所示：

FIFO写仿真波形如图2所示。

图2 FIFO写数据

FIFO读仿真波形如图3所示。

图3 FIFO读数据

此外，该设计还支持同时读写FIFO，但有两个限制。第一个限制是，当FIFO为空时，只支持写操作，不支持同时读写操作；第二个限制是，当为FIFO为满时，只支持读操作，不支持同时读写操作。

2、基于双端口RAM的同步FIFO设计

基于双端口RAM的同步FIFO需要读指针和写指针两个指针，分别指示读取数据和写数据的位置，如图4所示。

图4 基于双端口RAM的FIFO读写数据过程

这里设计一个数据位宽和FIFO深度都可设置的简单FIFO，其实现电路如下所示：

FIFO写仿真波形如图5所示。

图5 FIFO写数据

FIFO读仿真波形如图6所示。

图6 FIFO读数据

该设计也是有一个限制的，就是当为FIFO为满时，只支持读操作，不支持同时读写操作。

3、总结

由于在设计中我们规定了FIFO满后就不能再写数据，所以导致了基于移位寄存器的FIFO的第二个限制和基于双端口RAM的FIFO的限制。如果想去掉这个限制，节将写FIFO的条件由if((push & ~full) == 1'b1)改为if(push == 1'b1)即可。