XILINX FIFO写不进去的问题分析及解决方法

一、摘要

明德扬(MDY)在某个XILINX项目中，偶然性出现开机后通信出错的情形，具体表现为反复开机测试400次后，约有1~2次通信异常，数据发不出去。经过定位，是某个FIFO出现异常，时钟正常、复位无效、写使能有效的情况，空信号empty一直为1，即一直保持为空的问题。

二、项目背景

FIFO是FPGA项目中使用最多的IP核，一个项目使用几个，甚至是几十个FIFO都是很正常的。通常情况下，每个FIFO的参数，特别是位宽和深度，是不同的。如果按照通常做法，每种位宽和参数，都要打开FIFO IP核界面、命名(命名不好不好分辨需要的FIFO)、设置参数、生成并编译IP核，工作量可以想象出来是非常多的。

明德扬(MDY)在2021年承担了多个基于XILINX芯片的研发项目，包括VPX网络透明传输项目(芯片为XC7K325T-2FBG900)、某高端测试仪项目(芯片为XCKU060-FFVA1156)、某网闸设备项目(芯片为XC7Z030-FBG676)等，另外，明德扬自研了基于XC7K325T-2FBG900和基于XC7K410T-2FBG900芯片的核心板，在XILINX研发领域拥有丰富的经验。

对于我们专门承接项目的团队，绝不可忍受如此重复、枯燥、容易出错的工作。经过精心研究，终于发现XILINX的原语：xpm_fifo_async，是可以可参数化FIFO的位宽和深度的。即在设计时，不用生成FIFO IP，直接例化xpm_fifo_async，例化时定义好位宽和深度，就可以使用了。关于具体的使用方法，可以留意我们新出的文章教程。

本问题的出现，就是在使用这个xpm_fifo_async时出现的。

三、问题现象

FPGA问题都不好定位，特别是偶然性出错的问题，即使复现问题都要花大量精力。本问题出现的概率小于1%，即使概率如此之低，也是不得不去定位去做的工作。

在花费了一个月的时间，才定位到某个FIFO出现异常。为更加细致地确认是FIFO哪里出错，使用ILA抓取FIFO的信号，包括写使能、复位、空指示信号等。

如上图所示，在FIFO写使能有效时，empty信号仍然保持为空状态，导致数据无法传输。更奇怪的是，即使复位了这个FIFO，仍然是同样现象。

四、问题分析

该问题非常之奇怪，从逻辑角度讲，时序是正确的，那么IP核就应该正确，是不应该出现此问题的。

怀疑是FIFO使用不正确，如FIFO满后还在写，或者FIFO空后仍在读。特意在ILA触发写使能、写满信号同时为1，看两者是否有同时有效，没有触发到，说明没有问题。

怀疑是写时序不正确：为此，我们还反反复复地观测写时序，捕捉开机后的第一个写时序，也是没问题的。

怀疑处于复位状态：为此观测复位信号，发现没有处于复位状态，没有问题。

在思考了多种办法后，问题没有解决。为此，不得不认真查阅xpm_fifo_async的官方资料，查看步骤：

vivodo-PROJECT MANAGER-Language Templates-Verilog-Xilinx Parameterized Macros（XPM）-XPM-XPM_FIFO-Asynchronous FIFO (xpm_ fifo async)。

通过调阅vivado中有关FIFO的说明，终于发现了问题。

如上图所示，复位信号rst要求同步于WR_CLK时钟。而我们的复位信号是异步信号，不满足要求。

五、解决方法

对 FIFO中的复位信号进行异步信号同步化处理，即对复位信号进行延迟两拍处理，如下图所示：

上图中，aclr是异步复位信号，经过上图中的148~153行的代码，将该信号同步化，同步化后的rst_ff3可以认为同步于写时钟。将该信号连接到rst中，如图中的第142行。

每3分钟重启一次，经过三天的严苛测试，再没有出现通信异常问题，问题得到解决！！！

明德扬(MDY)除了承接项目外，还可为客户提供FPGA芯片、电源芯片、AD芯片等元器件，可找我们了解。

　　审核编辑：汤梓红