[FPGA IP系列] BRAM IP参数配置与使用示例

news2024/11/24 6:30:58

FPGA开发中使用频率非常高的两个IP就是FIFO和BRAM，上一篇文章中已经详细介绍了Vivado FIFO IP，今天我们来聊一聊BRAM IP。

本文将详细介绍Vivado中BRAM IP的配置方式和使用技巧。

一、BRAM IP核的配置

1、打开BRAM IP核

在Vivado的IP Catalog中找到Block Memory Generator IP核，双击打开参数配置界面。

2、配置BRAM IP基本参数

（1）IP名

定制的IP的名字只能在定制时设定好，后续不能修改。

IP名设定，简单易懂即可，按照功能或数据宽度和深度来设定即可，例如BRAM_8x256，即表示数据宽度为8bit，数据深度为256bit。

（2）接口类型（Interface Type）

Native：最基本的接口，包括数据写入、数据读取等信号。

AXI4：AXI4总线通信协议接口

（3）存储类型（Memory Type）

Single Port RAM：单端口RAM

Simple Dual Port RAM：简单双端口RAM，可选同步时钟和异步时钟，A端口只支持写数据，B端口只支持读数据。

True Dual Port RAM：真双端口RAM，可选同步时钟和异步时钟，A端口和B端口都支持写数据和读数据。

Single Port ROM：单端口ROM

Dual Port ROM：双端口ROM，A端口和B端口都可以读取数据

3、配置A端口或B端口参数

A端口和B端口参数配置界面基本一致，这里只介绍A端口的参数配置。

（1）存储大小设置（Memory Size）

设置读数据或写数据端的数据位宽和深度，数据位宽范围为1~4608bit，数存储深度为2~1048576。

operating mode：读写同一个地址时，操作模式设定：写优先、读优先、不变，建议在实际应用时不出现这种情况。

Enable Port Type：设定是否开放端口使能控制信号。

（2）输出数据寄存设置

Primitives Output Register：输出数据是否插入一个寄存器，如果不选中这个，则读数据延时只有1个周期，否则读数据延时有2个周期。

建议选中这个输出寄存器，可以改善时序。

（3）复位参数设置

RSTA Pin (setreset pin)：复位端口选择，如果选中，则开放复位端口。

Output Reset Value (Hex)：设定复位生效后，输出数据值，默认为0

4、Other Options

这部分初始化值，对于RAM来说可能用处不大，但对于ROM来说很重要。

选中这个Load Init File，再点击“Browse”选中“coe或mif”格式文件，最后点击“Edit”，在打开的界面选择“Valide”校验一下，如果有问题，这部分会提示红色文字，否则继续下一步即可。

5、IP设置参数总览

IP设置参数总览，可看到资源消耗、宽度、深度、读延迟等信息。

6、点击OK生成IP核。

在IP核生成完成后，点击source窗口下的“IP source”，鼠标左键单击这个IP，在“Instantiation Template”下，双击“veo”后缀文件，即可看到例化模板。

二、BRAM IP核的接口

1、时钟信号和复位信号

同步时钟 clk，复位信号 rst

异步时钟 clka（A端口时钟） clkb（b端口时钟），复位信号 rsta（A端口复位），rstb（B端口复位）

2、端口信号

A和B端口信号基本一样，这里以A端口为例。

ena A端口使能信号

wea A端口写使能信号

addra A端口读写地址

dina A端口的写入数据

douta A端口的读取数据

三、BRAM IP核的调用

BRAM IP核的调用很简单，这里以同步时钟下的简单双端口RAM为例:

module top (
  input clk,
  input [7:0] data_in,
  input wr_en, 
  input [7:0] wr_addr,
  input [7:0] rd_addr,
  output [7:0] data_out  
);

    BRAM_8x256 u_BRAM_8x256 (
      .clka(clk),    // input wire clka
      .ena(1'b1),      // input wire ena
      .wea(wr_en),      // input wire [0 : 0] wea
      .addra(wr_addr),  // input wire [7 : 0] addra
      .dina(data_in),    // input wire [7 : 0] dina
      .clkb(clk),    // input wire clkb
      .enb(1'b1),      // input wire enb
      .addrb(rd_addr),  // input wire [7 : 0] addrb
      .doutb(data_out)  // output wire [7 : 0] doutb
    );

endmodule

下面是BRAM IP核的一个简单的testbench:

module test;

reg clk;  
reg [7:0] din;
reg wen;
reg [7:0] waddr;
reg [7:0] raddr;
wire [7:0] dout;

top u_top(
  .clk(clk), 
  .data_in(din),
  .wr_en(wen),
  .wr_addr(waddr),
  .rd_addr(raddr),
  .data_out(dout)  
);

initial begin
  clk = 0;
  wen = 0; waddr = 0; raddr = 0;
  #10 wen = 1; waddr = 1; din = 5; 
  #10 wen = 1; waddr = 2; din = 6; 
  #10 wen = 1; waddr = 3; din = 7; 
  #10 wen = 1; waddr = 4; din = 8;
  #10 wen = 1; waddr = 5; din = 9;
  #10 wen = 0; raddr = 1;
  #10 wen = 0; raddr = 2;
  #10 wen = 0; raddr = 3;
  #10 wen = 0; raddr = 4;
  #10 wen = 0; raddr = 5;
  #30 $finish;
end

always #5 clk = ~clk;  

endmodule

仿真测试图：