FIFO是基本功

有很多剛出社會的工程師，被指派FIFO設計工作時，心裏面一定都會想，這個這麼簡單，有沒有更難的，我可不是來這邊做這種簡單的設計。我是來學更難的東西。

其實，一個基本功好的工程師，他的FIFO design也一定是很紮實。FIFO常被用來解決很多的問題，所以FIFO的設計也牽扯到很多的問題，例如：跨clock domain的處理？serial轉parallel問題？兩邊不同的Spec要怎麼溝通？兩個存取速度不同時，要怎麼溝通？這些問題看似不同，但是其實都是同一種的本質—FIFO兩邊的步調不同。既然核心問題只有一個，那解法不就是一種就可以了？那為什麼網路上FIFO的架構有那麼多？(當然，條條道路通羅馬。我不是表達這麼多種做法不對，而是所有的做法，其本質是只有一種。了解一種做法應該就夠了，其他的都是相似的道理。)

各位看官你可以細細看，這麼多不同架構的FIFO，大都是在探討一個問題，那就是訊號在跨clock domain的處理。如果你對跨clock domain訊號處理的觀念正確了，且了解你要解決的問題是什麼，也知道自己所處理的訊號是屬於哪一種的訊號(long-pulse signal or one-pulse signal)？是連續還是不連續的處理？這些如果你都有清楚知道的話，那麼我相信，你所設計出來的FIFO，相信一定可以解決你的需求。

從宏觀的角度來說，FIFO就好像是水管，而data就像是流水一樣。FIFO design像是設計水管的接法，直到出水口的速度和流量符合你想要的結果。設計水管時，我們所會遇到的問題是什麼？

1. 當水流又強又快時，你想放慢它，你會怎麼做？

2. 當水流又慢又多時，你想加快它，你會怎麼做？

第一題的做法應該是找更粗的水管慢慢地加大，直到你想要的流速及流量。第二題的做法應該是和第一題相反的做法。

FIFO的基本解法，也不外乎是這些做法。剩下來的就是實作經驗以及跨clock domain處理的觀念建立。

那麼FIFO可以用來解決哪些問題呢 ？

FIFO可以用來解決兩邊不同interface不相容的問題。FIFO可以用來解決系統中write/read順序的問題(PCI ordering)。FIFO可以用來解決producer&consumer的write/read racing問題。FIFO可以用來做排程(scheduling)的處理。FIFO可以用來serial轉parallel，當然也可以parallel轉serial。FIFO可以用來解決的問題這麼多。這樣子，你還會認為FIFO是簡單的設計嗎？

之前討論過，FIFO核心問題只有一個，當你了解到FIFO本質時，你就會知道怎麼做FIFO。很多人不了解跨clock domain和FIFO之間的本質，所以才會有很多種不同的想法、做法，甚至想要用reset來解決同步的問題。

其實認真處理跨clock domain訊號，認真設計一個實用的FIFO，將兩個合在一起，你就可以用這個架構一輩子。