RAM IP核配置

news2024/11/25 12:50:35

REVIEW

之前已经学习过：

ROM:FPGA寄存器 Vivado IP核-CSDN博客

串口接收：Vivado 串口接收优化-CSDN博客

1. 今日摸鱼计划

RAM创建与测试

小梅哥视频：

21C_嵌入式块存储器RAM介绍_哔哩哔哩_bilibili

21D_嵌入式块存储器RAM实现和仿真_哔哩哔哩_bilibili

小梅哥教材：

02_【逻辑教程】基于HDL的FPGA逻辑设计与验证教程V3.4.pdf

14 IP 核使用之 RAM

2. RAM IP核配置

RAM（Random Access Memory）：
RAM是一种计算机主存，用于临时存储数据和程序。

它可以随时把数据写入到任何一指定地址的存储单元，也可以随时从任一指定地址读出数据。

其读写速度有时钟频率决定，主要用来存放程序以及程序执行过程中产生的数据运算结果等。

Distributed Memory Generator 生成的 ROM/RAM Core 占用的资源是 LUT

（查找表，查找表本质就是一个小的 RAM ）

Block Memory Generator 生成的 ROM/RAM Core 占用的资源是 Block Memory

（嵌入式的硬件 RAM ）

RAM ：单端口 RAM 、简单双端口 RAM 和真双端口 RAM

具体的差异我们可以通过依次选择，然后观察窗口左边 RAM 端口来进行对比

单端口 RAM ：读写一个时钟，读写不能同时进行。

简单双端口 RAM ：

相较单端口 RAM ，多出一个 PORTB，有两个时钟，可以同时读写，

PORTA 只能写数据， PORTB 只能进行读数据。

真双端口 RAM ：

两个 PORT ，分别有自己的时钟、地址、输入/输出数据端口，两个端口均可进行读写操作。

写数据字节使能： 如果勾选，写使能信号会根据写数据的字节数生成对应的 bit 数据， 1 个字节对应 1bit 写使能，这里字节的大小可以设置为 8 或 9，当这里选择后，输入输出的数据的位宽就必须是 8 或 9 的整数倍，这里我们需要一个位宽为 8bit 的 RAM ，这里勾选 Write Enable 并设置字节大小为 8bit 。

算法类型 ：有三种选项可选，最小面积、低功耗、固定原语。这里不过多讲解，需要了解更多的可以查阅 IP 手册， IP 手册上面 42页开始有对这个详细的讲解。这里我们保持默认的最小面积选项即可。

操作模式设置： 有三个可选项，主要是针对在同时对同一地址进行读操作和写操作时，读出数据是写入的最新数据、该地址原来的数据、读数据不变化。

Write First 模式下的波形，如果仅读出数据而未发生数据的同时读写，则读出存储器以前存储的数据，如果发生数据的同时读写，读出数据为刚从数据总线送入的数据，而不考虑该地址以前存储的数据。

Read First 模式下的波形，同时对同一地址读写，读出数据为上次刚写入该地址以前的数据，忽略正在写数据这一事件对读出数据的影响。

No Change 模式下波形，读出的数据只有在进行读操作但未进行写操作时更新数据，在同时读写数据时，读出数据保持不变。

端口使能信号类型设置，一个是一直使能，一个是通过一个 ENA 信号管脚控制，这里选择 Always Enable 。

端口B输出寄存器配置：

这里可以看下 RAM内部结构图，可以很清楚的看到 Primitives Output Register 是结构中的 1 处的寄存器， Core Output Register 是结构图中 2 出的寄存器。

REGCEB Pin 是寄存器使能管脚，如果勾选，会有一个寄存器使能控制管脚用于控制寄存器的使能，如果不勾选寄存器就一直使能状态，这里就不勾选。

要得到更好的性能，将这里的两个寄存器都勾选。

端口 B 输出置位/复位设置：

这里不创建置位 / 复位端口，需注意这里置位/复位并不复位 RAM 中的数据而是只复位寄存器上的值。

其它保持默认就OK

最后看一看总的情况，信息包括使用的资源， A ， B 端口的地址位宽，以及端口 B Read Latency 为 3 个时钟周期。

Latentcy 指的是相对于某个时钟起始位的 1 个或多个时钟后数据才有效，一般以时钟为单位，这里表示的是时钟采集到读数据地址到数据有效的时间间隔，举例子说明：

这里之所以 Latency 等于 3 ，是因为我们前面配置同时勾选了 Primitives Output Register 和 Core Output Register ，相当于数据打了两拍。

到这里 IP 设置就完成了，点击 OK ，点击 Generate 生成 IP 。

3. RAM 测试

`timescale 1ns/1ns
`define CLKA_PERIOD 20
`define CLKB_PERIOD 30

module ram_tb();
reg clka;
reg wea;
reg [7:0]addra;
reg [7:0]dina;
reg clkb;
reg [7:0]addrb;
wire[7:0]doutb;
integer i;
blk_mem_gen_0 blk_mem_gen_0_ (
.clka(clka), // input wire clka
.wea(wea), // input wire [0 : 0] wea
.addra(addra), // input wire [7 : 0] addra
.dina(dina), // input wire [7 : 0] dina
.clkb(clkb), // input wire clkb
.addrb(addrb), // input wire [7 : 0] addrb
.doutb(doutb) // output wire [7 : 0] doutb
);

//blk_mem_gen_0 是忘记改名字哩~
//配置时钟信号 clka clkb
initial clka = 1'b1;
always #(`CLKA_PERIOD/2) clka = ~clka;
initial clkb = 1'b1;
always #(`CLKB_PERIOD/2) clkb = ~clkb;

initial
begin
wea = 0;
addra = 0;
dina = 0;
addrb = 255; //255
#(`CLKA_PERIOD*10 +1 );
wea = 1; //写使能信号，高电平写入
for (i = 0 ; i< 32 ; i = i+1)begin
dina = 127 - i;
addra = i;
#`CLKA_PERIOD;
end
wea = 0;
#1;
for (i = 0 ; i < 32 ; i = i+1)begin
addrb = i;
#`CLKB_PERIOD;
end
#200;
$stop;
end
endmodule

本测试，对RAM 地址0~31 写入127~96

然后从地址0~31依次读取其中的数值

这里可以看到读取时，会晚3个时钟周期

本次RAM读写都未配置使能ena enb 所以看起来很简单；

（但是本摸鱼怪又觉得没有使能控制看着有点怪，后边再搞一下呗~）

4. 带使能en的RAM

ram_tb

`timescale 1ns/1ns
`define CLKA_PERIOD 20
`define CLKB_PERIOD 30

module ram_tb();
reg clka;
reg ena ;
reg wea;
reg [7:0]addra;
reg [7:0]dina;
reg clkb;
reg enb ;
reg [7:0]addrb;
wire[7:0]doutb;
integer i;

ram_8 ram_8_ (
.clka(clka), // input wire clka
.ena(ena),
.wea(wea), // input wire [0 : 0] wea
.addra(addra), // input wire [7 : 0] addra
.dina(dina), // input wire [7 : 0] dina
.clkb(clkb), // input wire clkb
.enb(enb),
.addrb(addrb), // input wire [7 : 0] addrb
.doutb(doutb) // output wire [7 : 0] doutb
);

//配置时钟信号 clka clkb
initial clka = 1'b1;
always #(`CLKA_PERIOD/2) clka = ~clka;
initial clkb = 1'b1;
always #(`CLKB_PERIOD/2) clkb = ~clkb;

initial
begin
ena = 0 ;
wea = 0;
addra = 0;
dina = 0;
enb = 0;
addrb = 255; //255
#(`CLKA_PERIOD*10 +1 );
ena = 1;
wea = 1; //写使能信号，高电平写入
for (i = 0 ; i< 32 ; i = i+1)begin
dina = 127 - i;
addra = i;
#`CLKA_PERIOD;
end
wea = 0;
ena = 0;
#1;
enb = 1;
for (i = 0 ; i < 32 ; i = i+1)begin
addrb = i;
#`CLKB_PERIOD;
end

#60;
enb = 0;
#200;
$stop;
end
endmodule