【Base】ping-pong buffer

###Date: 2018.3.24

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1 什么是pingpong?

pingpong是一种数据缓存的手段，通过pingpong操作可以提高数据传输的效率。

2 什么时候需要pingpong？

在两个模块间交换数据时，上一级处理的结果不能马上被下一级所处理完成，这样上一级必须等待下一级处理完成才可以送新的数据，这样就会对性能产生很大的损失。

引入pingpong后我们可以不去等待下一级处理结束，而是将结果保存在pong路的缓存中，pong路的数据准备好的时刻，ping路的数据也处理完毕（下一级），然后无需等待直接处理pong路数据，上一级也无需等待，转而将结果存储在ping路。这样便提高了处理效率。

3 实现

实现时我们需要，两个指针，ping_rd,pong_wr. 还要保存数据的缓存reg [31:0] buf [1:0];

always @(posedge clk or negedge rst)

if(!rst)

ping_rd <= 0;

else if(rd)

ping_rd <= ~ping_rd;

always @(posedge clk or negedge rst)

if(!rst)

ping_wr <= 0;

else if(wr)

ping_wr <= ~ping_wr;

always @(posedge clk )

if(wr)

buf[ping_wr] <= data_in;

assgin data_out = buf[ping_rd];

为了满足模块间的握手，可以再增加两个标识位，表示相应的buffer是否有效。

reg[1:0] buf_valid;

always @(posedge clk or negedge rst)

if(!rst)

buf_valid[0]<= 1'b0;

else if(rd & ~ping_rd)

buf_valid[0]<= 1'b0;

else if(wr & ~ping_wr)

buf_valid[0]<= 1'b1;

always @(posedge clk or negedge rst)

if(!rst)

buf_valid[1]<= 1'b0;

else if(rd & ping_rd)

buf_valid[1]<= 1'b0;

else if(wr & ping_wr)

buf_valid[1]<= 1'b1;

wire data_rdy = buf_valid[1] | buf_valid[0];

wire m_full = buf_valid[1] & buf_valid[0];

下图给出了pingpang的基本原理框图，从图上可以看出使用pingpang的主要作用就是使用多个低速的数据预处理模块处理高速的输入数据流。这样做可以提高系统的数据吞吐量（如果不使用乒乓的话数据预处理模块会成为设计中限制系统数据吞吐量的瓶颈），同时增加了数据缓冲延迟。

另一个解释：

所谓ping-pong buffer，也就是定义两个buffer，当有数据进来的时候，负责写入buffer的进程就寻找第一个没有被占用而且可写的buffer，进行写入，写好之后，将占用flag释放，同时设置一个flag提示此buffer已经可读，然后再接下去找另外一个可写的buffer，写入新的数据。

而读入的进程也是一直对buffer状态进行检测，一旦发现没有被占用，而且已经可以被读，就把这个buffer的数据取出来，然后标志为可写。

参考：

https://blog.csdn.net/MIThebut/article/details/44995959

https://blog.csdn.net/zhuzhiqi11/article/details/46289629

https://blog.csdn.net/hustbin/article/details/16951689

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