FPGA：數字示波器 2 - 雙端口 RAM
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FIFO使我們能夠非常快速地獲得工作設計。
但對于我們簡單的示波器來說，這有點矯枉過正。
我們需要一種機制來存儲來自一個時鐘域（100MHz）的數據，并在另一個時鐘域（25MHz）中讀取數據。 一個簡單的雙端口RAM就可以做到這一點。 缺點是兩個時鐘域之間的所有同步（FIFO為我們所做的）現在必須“手動”完成。
觸發
“基于 FIFO”的示波器設計沒有明確的觸發機制。
讓我們改變一下。 現在，每次從串行端口接收到字符時，示波器都會被觸發。 當然，這仍然不是一個非常有用的設計，但我們稍后會對其進行改進。
我們使用“async_receiver”從串行端口接收數據：
| wire [7:0] RxD_data; async_receiver async_rxd(.clk(clk), .RxD(RxD), .RxD_data_ready(RxD_data_ready), .RxD_data(RxD_data)); |
每當收到一個新角色時，“RxD_data_ready”就會升高一個時鐘。 我們用它來觸發示波器。
同步
我們需要將這種“RxD_data_ready變高”的信息從“clk”（25MHz）域傳輸到“clk_flash”（100MHz）域。
首先，當接收到字符時，信號“startAcquisition”變為高電平。
| reg startAcquisition; wire AcquisitionStarted; always @(posedge clk) if(~startAcquisition) startAcquisition <= RxD_data_ready; else if(AcquisitionStarted) startAcquisition <= 0; |
我們使用 2 個觸發器形式的同步器（將此“startAcquisition”傳輸到另一個時鐘域）。
| reg startAcquisition1; always @(posedge clk_flash) startAcquisition1 <= startAcquisition; reg startAcquisition2; always @(posedge clk_flash) startAcquisition2 <= startAcquisition1; |
最后，一旦另一個時鐘域“看到”信號，它就會“回復”（使用另一個同步器“獲取”）。
| reg Acquiring; always @(posedge clk_flash) if(~Acquiring) Acquiring <= startAcquisition2; // start acquiring? else if(&wraddress) // done acquiring? Acquiring <= 0; reg Acquiring1; always @(posedge clk) Acquiring1 <= Acquiring; reg Acquiring2; always @(posedge clk) Acquiring2 <= Acquiring1; assign AcquisitionStarted = Acquiring2; |
回復將重置原始信號。
雙端口RAM
現在觸發器可用，我們需要一個雙端口RAM來存儲數據。
請注意 RAM 的每一側如何使用不同的時鐘。
| ram512 ram_flash( .data(data_flash_reg), .wraddress(wraddress), .wren(Acquiring), .wrclock(clk_flash), .q(ram_output), .rdaddress(rdaddress), .rden(rden), .rdclock(clk) ); |
使用二進制計數器可以輕松創建 ram 地址總線。
首先是寫地址：
| reg [8:0] wraddress; always @(posedge clk_flash) if(Acquiring) wraddress <= wraddress + 1; |
和讀取地址：
| reg [8:0] rdaddress; reg Sending; wire TxD_busy; always @(posedge clk) if(~Sending) Sending <= AcquisitionStarted; else if(~TxD_busy) begin rdaddress <= rdaddress + 1; if(&rdaddress) Sending <= 0; end |
請注意每個計數器如何使用不同的時鐘。
最后，我們將數據發送到 PC：
| wire TxD_start = ~TxD_busy & Sending; wire rden = TxD_start; wire [7:0] ram_output; async_transmitter async_txd(.clk(clk), .TxD(TxD), .TxD_start(TxD_start), .TxD_busy(TxD_busy), .TxD_data(ram_output)); |
完整的設計
| module oscillo(clk, RxD, TxD, clk_flash, data_flash); input clk; input RxD; output TxD; input clk_flash; input [7:0] data_flash; /////////////////////////////////////////////////////////////////// wire [7:0] RxD_data; async_receiver async_rxd(.clk(clk), .RxD(RxD), .RxD_data_ready(RxD_data_ready), .RxD_data(RxD_data)); reg startAcquisition; wire AcquisitionStarted; always @(posedge clk) if(~startAcquisition) startAcquisition <= RxD_data_ready; else if(AcquisitionStarted) startAcquisition <= 0; reg startAcquisition1; always @(posedge clk_flash) startAcquisition1 <= startAcquisition ; reg startAcquisition2; always @(posedge clk_flash) startAcquisition2 <= startAcquisition1; reg Acquiring; always @(posedge clk_flash) if(~Acquiring) Acquiring <= startAcquisition2; else if(&wraddress) Acquiring <= 0; reg [8:0] wraddress; always @(posedge clk_flash) if(Acquiring) wraddress <= wraddress + 1; reg Acquiring1; always @(posedge clk) Acquiring1 <= Acquiring; reg Acquiring2; always @(posedge clk) Acquiring2 <= Acquiring1; assign AcquisitionStarted = Acquiring2; reg [8:0] rdaddress; reg Sending; wire TxD_busy; always @(posedge clk) if(~Sending) Sending <= AcquisitionStarted; else if(~TxD_busy) begin rdaddress <= rdaddress + 1; if(&rdaddress) Sending <= 0; end wire TxD_start = ~TxD_busy & Sending; wire rden = TxD_start; wire [7:0] ram_output; async_transmitter async_txd(.clk(clk), .TxD(TxD), .TxD_start(TxD_start), .TxD_busy(TxD_busy), .TxD_data(ram_output)); /////////////////////////////////////////////////////////////////// reg [7:0] data_flash_reg; always @(posedge clk_flash) data_flash_reg <= data_flash; ram512 ram_flash( .data(data_flash_reg), .wraddress(wraddress), .wren(Acquiring), .wrclock(clk_flash), .q(ram_output), .rdaddress(rdaddress), .rden(rden), .rdclock(clk) ); endmodule |
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