实验2 存储器设计与实现

一、实验目的

掌握单端口RAM和ROM原理和设计方法。
掌握32位数据的读出和写入方法。
掌握ModelSim和ISE\Vivado工具软件。
掌握基本的测试代码编写和FPGA开发板使用方法。

二、实验环境

装有ModelSim和ISE\Vivado的计算机。
Sword\Basys3\EGo1实验系统。

三、实验原理

片内存储器分为RAM和ROM两大类。RAM是随机存储器，存储单元的内容可按需随意取出或存入。这种存储器在断电后将丢失所有数据，因此一般用来存储一些短时间内使用的程序和数据。

ROM即只读存储器，是一种只能读出事先存储的数据的存储器，其特性是存入的数据无法改变。也就是说，这种存储器只能读不能写。由于ROM在断电之后数据不会丢失，所以通常用在不需经常变更的电子资料。
通常情况下，存储器系统是按照字节（Byte）编址，但CPU访问时，通常按照字（Word）读取，因此地址就有字节地址和字地址的区别。以32位处理器为例，如图2所示。

图2 32位处理器字节编址与字地址示意图

四、实验任务

用Verilog HDL设计深度为1K个字单元、每个单元位宽为32 bit的单端口ROM,在Modelsim上完成仿真测试,要求用组合逻辑完成，按照字地址读取，要求读取采用组合逻辑。
用Verilog HDL设计深度为1K个字单元、每个单元位宽为32 bit的单端口RAM,在Modelsim上完成仿真测试，要求能够按照字地址进行读和写操作，其中读取用组合逻辑完成，写入用时序逻辑完成。

图3 32位存储器物理结构示意图

五、实验结果：

(1)ROM
1.运算程序：

module ROM(addr, data, oe);
	output [31:0] data;
	input [31:0] addr;
	input oe;
	reg[31:0] mem [0:1023];
	assign  data= (oe==0)?mem[addr[11:2]]:8'hzz;
	initial
	  begin 
	   mem[0]=32'hffff_ffff;
	   mem[1]=32'h1111_1111;
	   mem[2]=32'h8888_8888;
	   mem[3]=32'h2222_2222;
	   mem[4]=32'haaaa_aaaa;
	  end
endmodule

2.测试程序：

module ROM(addr, data, oe);
	output [31:0] data;
	input [31:0] addr;
	input oe;
	reg[31:0] mem [0:1023];
	assign  data= (oe==0)?mem[addr[11:2]]:8'hzz;
	initial
	  begin 
	   mem[0]=32'hffff_ffff;
	   mem[1]=32'h1111_1111;
	   mem[2]=32'h8888_8888;
	   mem[3]=32'h2222_2222;
	   mem[4]=32'haaaa_aaaa;
	  end

endmodule
3.仿真图
在这里插入图片描述

(2) RAM
1.运算程序：

module RAM(
    input wire [31:0] addr,
    input wire [31:0] inData,
    input wire cs,
    input wire we,
    input wire clk,
    input wire [31:0] outData
);
    reg [31:0] memData [1023:0];
    assign outData=(!cs&&we)?(memData[addr[11:2]]):(32'hzz);
    always@(posedge clk)
	if(!cs&&!we)
	    memData[addr[11:2]]=inData;
	else;
endmodule

2.测试程序：

module RAM_tb;
   reg [31:0]addr;
   reg [31:0]inData;
   reg cs,we;
   reg clk;
   wire [31:0]outData;
   RAM U1(addr,inData,cs,we,clk,outData);
   always #10 clk=~clk;
   initial 
       begin
          cs=0;we=0;
          clk=0;addr=0;inData=11;
       #50 addr=4;inData=12;
       #50 addr=8;inData=13;
       #50 we=1;
       #50 addr=0;
       #50 addr=4;
       #50 addr=8;
       end
endmodule

3.仿真图

在这里插入图片描述