FPGA的設(shè)計中，一個前級模塊A向下游模塊B發(fā)送數(shù)據(jù)，如下圖所示，當(dāng)下游模塊B不能及時處理數(shù)據(jù)時，希望前級模塊A停止發(fā)送數(shù)據(jù)，這個時候模塊B會通過一個反壓信號給到模塊A，告訴模塊A，不要再給我發(fā)數(shù)據(jù)了。這就是一種最常見，也是用得最普遍的一種發(fā)壓場景。

那究竟要如何設(shè)計反壓呢？看似簡單，其實也不簡單，處理不好的話對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能會帶來一定的影響。本文介紹幾種常見的反壓方式，并給出他們的一些優(yōu)缺點。

立即反壓

所謂立即反壓，就是指下游模塊給出反壓后，前級模塊立即停止發(fā)包，如下圖所示：

一共有7個數(shù)據(jù)，但是真正能被下游模塊接收的數(shù)據(jù)只有6個，其中數(shù)據(jù)E在發(fā)送的時候因為ready無效，所以不能被接收。如果對axi_stream接口比較了解的話，可以看出，這就是axi_stream接口，只有在valid和ready同時有效的時候的數(shù)據(jù)才能被接收。

它的優(yōu)點就是能立即反壓，尤其是下游模塊沒有緩存的時候。另外就是這種接口是標(biāo)準(zhǔn)接口，和外部模塊對接的時候不會有歧義。缺點就是因為需要立即反壓，組合邏輯處理比較簡單，如果用時序邏輯，控制起來不是很方便。

將滿反壓

如果下游接收模塊有緩存，一般是fifo或者ram。當(dāng)緩存快要滿的時候，會給前級模塊反壓，這就是將滿反壓。如下圖所示：

這種反壓的特點就是下游模塊給出反壓信號后，前級模塊還可以繼續(xù)寫入一些數(shù)據(jù)，一般不超過5拍。上圖中，雖然afull = 1了，但是前級模塊還會繼續(xù)寫入2個數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)F和數(shù)據(jù)G。同時下游模塊也要控制好緩存的水限，在給出反壓信號后還要預(yù)留一定的緩存空間，具體多少，需要和前級模塊配合好，筆者的經(jīng)驗，一般預(yù)留8個以上。

如下圖所示緩存的深度為128，當(dāng)數(shù)據(jù)寫滿100以后給出反壓，此時緩存還可以寫入28個數(shù)據(jù)，該緩存的水限就為100。

這種將滿反壓的優(yōu)點就是處理非常方便，只要下游模塊不反壓，就可以不停地寫入數(shù)據(jù)，控制非常方便，另外下游模塊緩存的深度和前級模塊無關(guān)，一般用于項目內(nèi)部模塊之間。至于缺點，如果一定要找一個缺點，那就是下游模塊必須有緩存，而立即反壓可以不需要。

另外，對于緩存，到底是用ram還是用fifo，應(yīng)該根據(jù)場景來確定，通常情況下用fifo可以滿足大部分的應(yīng)用場景。

整包反壓

上述將滿反壓，如果反壓頻繁的話，會給前級模塊的處理帶來一點點的復(fù)雜度，為了簡化這種反壓帶來的影響，還有一種叫整包反壓。和將滿反壓相比，就是下游模塊給出反壓信號后，前級模塊會把當(dāng)前的數(shù)據(jù)報文全部發(fā)送給下游模塊，如下圖所示：

當(dāng)數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中，如果下游模塊給出反壓使得afull = 1，前級模塊會繼續(xù)發(fā)送報文，直到報文的eop為止。這種場景下，首先需要約定報文的最大長度，假定為MAX_LEN，那么對下游的緩存就會有要求，其容量至少為MAX_LEN，考慮到流水性能，其容量要為2*MAX_LEN，同時水限的設(shè)置要保證反壓后的空間至少能存放一個報文。

這種方案的優(yōu)點是控制簡單，只要開始發(fā)送的時候不反壓，就可以把當(dāng)前的報文全部發(fā)送完。缺點就是當(dāng)約定的MAX_LEN比較大時，需要較多的緩存開銷。

小結(jié)

反壓是FPGA設(shè)計中的一個最基本且重要的話題，在實際應(yīng)用中，模塊與模塊之間的反壓要做好“逐級反壓”，當(dāng)反壓點與緩存較遠(yuǎn)的時候，尤其要考慮在途的數(shù)據(jù)，反壓后的空間要能緩存住在途數(shù)據(jù)。除了上述的幾種方案外，請求應(yīng)答接口某種意義上也是一種反壓的設(shè)計，只是性能較低罷了，一般不建議采用。