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第一篇：FPGA中同步FIFO的使用小結

FPGA中同步FIFO的使用小結

FPGA中的FIFO，分為同步FIFO，異步FIFO和雙向FIFO。同步FIFO一般用于數據的緩存，異步FIFO一般用于跨時鐘域的同步上。在這里只討論同步FIFO的使用。

由于課題中要用FPGA做圖像處理，生成3*3的模板。首先我們來分析圖像數據的傳輸方式，線陣CCD1209D為2048個有效像元，經AD采樣，每行有2048個圖像數據，以串行數據流的形式來傳輸的，一個時鐘周期傳輸一個像素數據。圖像在交由算法模塊處理之前要將得到的串行數據變成并行數據，3*3模板就是一個串并轉換模塊，串行數據經過此模塊后變為并行輸出。在圖像處理算法中的實現過程若選用3*3模板，該滑動窗在某一個時刻讀取圖像的某個像素和其相鄰像素，經過相關的處理后，用處理結果取代模板中間位置的像素值并傳送到下一個模塊。之后，每校正完一個像素，模板將不斷右移或換行，直到將一幅灰度圖像的數據陣列中的所有像素全部處理完。為了使窗中的3行3列共9個像素能夠在一個時刻同時輸出，便于之后的圖像處理算法模塊進行流水線處理，在3*3模板的硬件設計中，將采用兩個FIFO存儲器linebuffer1和linebuffer2。其中FIFO地址寬度為圖像寬度，這樣每個FIFO正好可以存儲一行圖像數據。模板生成模塊的設計框圖如下圖所示：

這里我們要用到FPGA中的同步FIFO去做linebuffer。選用Verilog HDL語言。

下面介紹使用Quartus II 9.0中的宏模塊生成FIFO的過程：第一步，選megafunctions-> lmp_fifo –> storage->

然后點OK，接著，選Verilog語言，點下一步

注意：在這里設置，FIFO的數據位，FIFO的深度以及同步時鐘。

接著下一步，在此處可選擇設置如果你前面選擇了同步FIFO，那么這一步你需要設置FIFO的握手信號與狀態信號有full(滿），empty（空）,almostfull（幾乎滿）,almostempty（幾乎空）,Asynchronous clear（異步清零），如果你選擇了異步FIFO，那么在讀與寫兩邊就要單獨設置，讀寫兩邊均有 full, empty, usedwide(使用深度）3個信號。

接著點下一步：

一個是FIFO的輸出的兩種形式，一種是傳統的同步方式，即你在有readreq='1'的一個周期后才能讀取數取，另一種為show ahead，即為你在readreq='0'時，數據口就一直有一個數據，在讀取數據時不用等待一個周期。第二個設置就是綜合出FIFO是用一般邏輯單元，還是使用專用的M4K塊（當然這需要在該器件有M4K塊才可以）。

接著，一直下一步，直到完成，就生成如下所示的一個同步FIFO。

這樣的話，主要問題就是讀寫使能的產生，很關鍵！！

圖中的L_VA是CCD的行數據標志，為讀使能；寫使能是這樣的assign rdreq = L_VA &&(usedw>2047);

注意：盡量不要使FIFO滿，那樣很難控制FIFO讀寫，容易丟數據，如果FPGA存儲器允許，FIFO使用4096字節的深度。

最后，希望大家多多實驗，不斷摸索，不斷前進~~~

第二篇：LabVIEW FPGA編程小結

LabVIEW FPGA編程小結

NI PXI-7813R為FPGA卡，板卡上引出4個端口，每個端口有40路引腳，共160路DIO，使用LabVIEW FPGA模塊進行編程控制。當FPGA程序復雜度變大或是使用的DIO端口數增多時，可能面臨的主要問題包括FPGA空間不夠用以及實際循環時間過長等。之前編寫的 FPGA程序示意圖如下，采集循環與輸出循環獨立，均采用控件形式與RT程序通訊，兩塊板卡均使用了近120路DIO口。基于7813R板卡編程實踐及涉及到的幾個瓶頸問題，簡要做了一下總結：

1)使用FIFO還是使用控件？

FPGA與RT通訊時，常用的方法是使用讀寫FIFO或是使用輸入輸出控件。這兩者的特點是：

a)兩者在速度上無明顯差別。這是建立在不使用For循環的基礎上的，但實際中FIFO通常都要配合For循環來使用，For循環相當于串行操作，當同類端口較多時，使用for將導致循環時間變長，故運行速度上FIFO并沒有多少優勢。b)FIFO使用合理時不丟數，而控件不能保證。

通過配置FPGA與RT中讀寫FIFO的超時以及FIFO大小，讀寫方式等手段，通常可保證FIFO傳遞數據不丟數（可能要經過多次嘗試）；而使用控件則可能會有丟數的情況。當不嚴格要求每次while循環都不丟數時，可考慮使用控件，例如對DO輸出的配置，用戶可能很久才會去配置一次，而且配置后不會要求馬上生效，稍微晚幾個循環周期(us級)再使配置生效也不會有很大影響，這種時候使用讀取控件值是合理的。c)FIFO可使用的數據類型有限，而控件幾乎無限制。

就7813R而言，FIFO只能傳遞指定的幾種類型的數據，而使用控件時，可使用包括簇數組在內的自定義控件。

所以，還是根據實際需要來選擇吧，雖然這句話跟沒說一樣~ 2)用不用For循環？

端口較多時，很容易就遇到連續幾個都是要求采集脈寬的，而另外連續幾個要求采集電平即可。這時候很自然想到使用For循環對多個端口一起進行操作，例如下圖：

如上面所說，使用FOR循環相當于使端口操作（上圖中所說的操作是指將采集到的布爾轉成U32數值）變為串行；另外，要使用For，通常就得配合數組操作，例如上圖中創建數組等，這樣就更加導致循環時間變長。當發現循環時間不滿足使用要求時，這種處理方法可能就不能使用了，每一路單獨處理就省掉了創建數組及For，節省了循環時間，但這樣又使重復代碼變多，工作量加大。

3)怎么使用子VI？

輸出脈沖時，脈沖的產生可以封裝成一個子VI，供多路端口進行使用；采集脈寬時，脈寬采集可以封裝成一個子VI供多路端口進行調用。然而，默認情況下，子VI的執行是串行的（因為并沒有設置VI屬性為“可重入執行”），子VI在同一時間內只能被一路端口所占用，可能導致的結果是循環時間變長，精度降低。如果設置子VI為可重入執行，又可能導致FPGA空間占用率過高，編譯無法通過。我想到的一種折中的辦法是：使用幾個程序框圖一樣的子VI（功能完全一樣，將子VI多另存為幾個所生成）來代替原先一個子VI，替換之后，相當于減少了串行運行的子VI數量，循環用時減少明顯。下圖中使用6個子VI A，如果用2個B與2個C替換其中的4個A，循環時間可能減少為原來的1/3。

While循環方式1：子VI A子VI A子VI A子VI A子VI A子VI AWhile循環方式2：子VI A子VI A子VI B子VI B子VI C子VI C

4)精打細算

這一點可能只會在FPGA空間不夠用時才會被重視，下圖是邏輯片不夠用時導致的FPGA編譯失敗錯誤：

因此，當資源有限時，盡量使用能滿足使用要求的最小長度的數據類型來實現，能使用U16滿足要求的堅決不用U32！另一方面，暫時還沒有發現數據類型變長時對FPGA循環運行時間產生明顯影響。

5)循環延時考慮

脈沖輸出及采集均需要根據實際循環時間來計算，若參與運算的值不是實際的循環時間，輸出或采集的結果自然不會準確。例如可配置脈沖或電平輸出的端口，若輸出電平，其算法簡單，所需時間較少，而配置為脈沖輸出時，算法復雜。配置為單路脈沖輸出可能不會有明顯的影響循環時間，但當多路脈沖一起輸出時，可能影響到循環時間增加1~2us甚至更長。故實際配置循環時間時，需按照可能的最復雜算法進行運行測試，并依此來設置循環時間，以保證循環時間的確定性已經算法運算的正確性。

總而言之，設計時還是應該根據實際需要，綜合考慮數據完整性、FPGA板卡資源大小、循環時間等因素，已達到滿意效果。

第三篇：Linux進程通信：命名管道FIFO小結（范文模版）

Linux下進程之間通信可以用命名管道FIFO完成。命名管道是一種特殊類型的文件，因為Linux中所有事物都是文件，它在文件系統中以文件名的形式存在。

在程序中，我們可以使用兩個不同的函數調用來建立管道：

#include

int mkfifo(const char *filename, mode_t mode);

int mknode(const char *filename, mode_t mode | S_IFIFO,(dev_t)0);

下面先來創建一個管道：

view plaincopy to clipboardprint? #include

#include

int main()

{

int res = mkfifo(“/tmp/my_fifo”, 0777);

if(res == 0)

{

printf(“FIFO createdn”);

}

exit(EXIT_SUCCESS);

}

#include #include #include #include

int main(){

int res = mkfifo(“/tmp/my_fifo”, 0777);

if(res == 0)

{

printf(“FIFO createdn”);

}

exit(EXIT_SUCCESS);}

編譯這個程序：

gcc –o fifo1.c fifo

運行這個程序：

$./fifo1

用ls命令查看所創建的管道

$ ls-lF /tmp/my_fifo

prwxr-xr-x 1 root root 0 05-08 20:10 /tmp/my_fifo|

注意：ls命令的輸出結果中的第一個字符為p，表示這是一個管道。最后的|符號是由ls命令的-F選項添加的，它也表示是這是一個管道。

雖然，我們所設置的文件創建模式為“0777”，但它被用戶掩碼（umask）設置（022）給改變了，這與普通文件創建是一樣的，所以文件的最終模式為755。

打開FIFO一個主要的限制是，程序不能是O_RDWR模式打開FIFO文件進行讀寫操作，這樣做的后果未明確定義。這個限制是有道理的，因為我們使用FIFO只是為了單身傳遞數據，所以沒有必要使用O_RDWR模式。如果一個管道以讀/寫方式打開FIFO，進程就會從這個管道讀回它自己的輸出。如果確實需要在程序之間雙向傳遞數據，最好使用一對FIFO，一個方向使用一個。

當一個Linux進程被阻塞時，它并不消耗CPU資源，這種進程的同步方式對CPU而言是非常有效率的。

有關Linux下命名管道FIFO的讀寫規則可以參見之前所寫的一篇文章：Linux命名管道FIFO的讀寫規則。

一、實驗：使用FIFO實現進程間通信

兩個獨立的程序：

1.生產者程序，它在需要時創建管道，然后盡可能快地向管道中寫入數據。

2.消費者程序，它從FIFO中讀取數據并丟棄它們。

生產者程序fifo2.c：

view plaincopy to clipboardprint? #include

#include

#define FIFO_NAME “/tmp/Linux/my_fifo”

#define BUFFER_SIZE PIPE_BUF

#define TEN_MEG(1024 * 1024 * 10)

int main()

{

int pipe_fd;

int res;

int open_mode = O_WRONLY;

int bytes = 0;

char buffer[BUFFER_SIZE + 1];

if(access(FIFO_NAME, F_OK)==-1)

{

res = mkfifo(FIFO_NAME, 0777);

if(res!= 0)

{

fprintf(stderr, “Could not create fifo %sn”, FIFO_NAME);

exit(EXIT_FAILURE);

}

printf(“Process %d opening FIFO O_WRONLYn”, getpid());

pipe_fd = open(FIFO_NAME, open_mode);

printf(“Process %d result %dn”, getpid(), pipe_fd);

if(pipe_fd!=-1)

{

while(bytes < TEN_MEG)

{

res = write(pipe_fd, buffer, BUFFER_SIZE);

if(res ==-1)

{

fprintf(stderr, “Write error on pipen”);

exit(EXIT_FAILURE);

}

bytes += res;

}

close(pipe_fd);

}

else

{

exit(EXIT_FAILURE);

}

printf(“Process %d finishn”, getpid());

exit(EXIT_SUCCESS);

}

#include #include #include #include #include #include #include

#define FIFO_NAME “/tmp/Linux/my_fifo” #define BUFFER_SIZE PIPE_BUF #define TEN_MEG(1024 * 1024 * 10)

int main(){

int pipe_fd;

int res;

int open_mode = O_WRONLY;

int bytes = 0;

char buffer[BUFFER_SIZE + 1];

if(access(FIFO_NAME, F_OK)==-1)

{

res = mkfifo(FIFO_NAME, 0777);

if(res!= 0)

{

fprintf(stderr, “Could not create fifo %sn”, FIFO_NAME);

exit(EXIT_FAILURE);

}

printf(“Process %d opening FIFO O_WRONLYn”, getpid());

pipe_fd = open(FIFO_NAME, open_mode);

printf(“Process %d result %dn”, getpid(), pipe_fd);

if(pipe_fd!=-1)

{

while(bytes < TEN_MEG)

{

res = write(pipe_fd, buffer, BUFFER_SIZE);

if(res ==-1)

{

fprintf(stderr, “Write error on pipen”);

exit(EXIT_FAILURE);

}

bytes += res;

}

close(pipe_fd);

}

else

{

exit(EXIT_FAILURE);

}

printf(“Process %d finishn”, getpid());

exit(EXIT_SUCCESS);}

消費者程序fifo3.c：

view plaincopy to clipboardprint? #include

#include

#define FIFO_NAME “/tmp/Linux/my_fifo”

#define BUFFER_SIZE PIPE_BUF

int main()

{

int pipe_fd;

int res;

int open_mode = O_RDONLY;

char buffer[BUFFER_SIZE + 1];

int bytes = 0;

memset(buffer, '

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FPGA中同步FIFO的使用小結

第一篇：FPGA中同步FIFO的使用小結

第二篇：LabVIEW FPGA編程小結

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