module simple_fifo #(

parameter DATA_WIDTH = 32, // 데이터 비트폭

parameter FIFO_DEPTH = 512 // FIFO 깊이 (저장 가능한 데이터 개수)

)(

input wire clk,

input wire rst_n,

// Write Interface

input wire wr_en, // Write Enable

input wire [DATA_WIDTH-1:0] wr_data, // Write Data

// Read Interface (FWFT)

input wire rd_en, // Read Acknowledge (데이터 소비 확인)

output wire [DATA_WIDTH-1:0] rd_data, // Read Data (항상 유효, !empty일 때)

// Status

output wire full, // FIFO Full 플래그

output wire empty, // FIFO Empty 플래그

output reg [$clog2(FIFO_DEPTH):0] used_w // 현재 저장된 데이터 개수

);

// =========================================================================

// Internal Signals

// =========================================================================

localparam ADDR_WIDTH = $clog2(FIFO_DEPTH);

reg [DATA_WIDTH-1:0] mem [0:FIFO_DEPTH-1]; // FIFO Memory (Circular Buffer)

reg [ADDR_WIDTH-1:0] wr_ptr; // Write Pointer

reg [ADDR_WIDTH-1:0] rd_ptr; // Read Pointer

// =========================================================================

// Status Flags

// =========================================================================

assign full = (used_w == FIFO_DEPTH); // 모든 공간이 찼을 때

assign empty = (used_w == 0); // 데이터가 하나도 없을 때

// =========================================================================

// FWFT Read Data

// =========================================================================

// FWFT 특성: rd_data는 항상 rd_ptr 위치의 데이터를 출력

// empty가 아니면 이 데이터는 유효함

assign rd_data = mem[rd_ptr];

// =========================================================================

// Main Logic

// =========================================================================

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

if (!rst_n) begin

// 리셋 시 모든 포인터와 카운터 초기화

wr_ptr <= 0;

rd_ptr <= 0;

used_w <= 0;

end else begin

// =====================================================================

// Write Operation

// =====================================================================

// full이 아닐 때만 쓰기 가능

if (wr_en && !full) begin

mem[wr_ptr] <= wr_data; // 현재 wr_ptr 위치에 데이터 저장

// Circular Buffer: 마지막에 도달하면 0으로 Wrap-around

wr_ptr <= (wr_ptr == FIFO_DEPTH-1) ? 0 : wr_ptr + 1;

end

// =====================================================================

// Read Operation (Acknowledge)

// =====================================================================

// empty가 아닐 때만 읽기 가능

// FWFT이므로 rd_en은 "데이터를 소비했음"을 알리는 ACK

if (rd_en && !empty) begin

// 데이터는 이미 rd_data에 출력되어 있으므로, 포인터만 증가

rd_ptr <= (rd_ptr == FIFO_DEPTH-1) ? 0 : rd_ptr + 1;

end

// =====================================================================

// Usage Counter Update

// =====================================================================

// used_w는 FIFO에 저장된 유효 데이터의 개수

// 동시 읽기/쓰기 시에는 증감이 상쇄될 수 있으므로 조건 분기 필요

// Case 1: Write만 발생 (Read 없음 또는 Empty라 Read 무효)

if (wr_en && !full && (!rd_en || empty)) begin

used_w <= used_w + 1;

end

// Case 2: Read만 발생 (Write 없음 또는 Full이라 Write 무효)

else if (rd_en && !empty && (!wr_en || full)) begin

used_w <= used_w - 1;

end

// Case 3: 동시 Read/Write가 모두 유효하면 used_w 유지 (증감 상쇄)

end

end