ROM初始化中基于FPGA的mif文件創建使用

　　在一些需要特殊運算的應用電路中，只讀存儲器ROM是關鍵元件，設計人員通常利用ROM創建各種查找表，從而簡化電路設計，提高電路的處理速度和穩定性。FPGA是基于SRAM的可編程器件。掉電后FPGA上的配置信息將全部丟失，所以由FPGA構造的數字系統在每次上電后要依賴于外部存儲器來主動配置或在線被動配置。真正意義上的ROM應具有掉電后信息不丟失的特性，因此利用FPGA實現的ROM只能認為器件處于用戶狀態時具備ROM功能。使用時不必要刻意劃分，而ROM單元的初始化則是設計人員必須面對的問題。本文討論FPGA的ROM初始化問題，詳細介紹mit文件的創建與使用。

　　2 基于FPGA的ROM的實現

　　基于MAX+PLUSⅡ軟件平臺，FPGA可編程器件實現ROM功能比較簡單。只需運行MAX+PLUSⅡ，選擇圖形輸入，在新建頁的空白處雙擊并在彈出的對話框中選擇d：＼maxplus2＼max2lib＼mega_lpm，調用軟件提供的參數可調庫(mega_lpm)，找出參數化ROM宏模塊(lpm_rom)，如圖1所示。表1列出lpm_ROM宏模塊的端口及參數設置。

　　根據需要選擇必要的Address[]、q[]兩個端口創建加法運算的查找表。引入lpm_ROM宏模塊后，一定要把LPM_ADDRESS_CONTROL設置為″UNREGISTERED″，否則編譯報錯。本系統設計選用了Altera公司的FLEX10K系列的FPGA(EPF10K10LC84-4)，其模塊結構如圖2所示。

　　引入lpm_ROM宏模塊后，開始ROM的初始化，這是運用lpm_ROM宏模塊做為系統開發的關鍵。ROM初始化就是要在對應的地址賦初始值以實現查找表的功能。在系統編譯之前一定要先設置LPM_FILE參數。實際上就是要加入一個mif文件或hex文件。以下詳細討論在MAX+PLUSⅡ環境下mif文件的創建和使用。

　　3 lpm_ROM初始化及mif文件

　　3.1 mif文件的格式及創建

　　3.1.1 mif文件格式

　　mif文件是在編譯和仿真過程中作為存儲器(ROM或RAM)初始化輸入的文件，即memory initialization file。mif文件格式為：

　　3.1.2 mif文件創建

　　mif文件的創建很簡單，主要有兩種方法，一種是在MAX+PLUSⅡ環境下，新建文件，選文本輸入，保存為mif文件。另一種方法是建立一個txt文件，然后將擴展名改成mif即可。

　　3.2 mif文件的使用

　　依上述方法創建的mif文件只是一個空文件，在lpm_ROM宏模塊的LPM_FILE中引入這樣的文件，僅僅能幫助lpm_ROM宏模塊通過編譯并把所有的存儲單元初始化為零。且在編譯出現：Warning：Can't find data in initial memory content[MIF／HEX]file。

　　mif文件的格式是固定的，對于前4行(DEPTH，WIDTH，ADDRESS_RADIX，DATA_RADIX)，前2個參數應與lpm_ROM宏模塊LPM_WIDTHAD和LPM_WIDTH相關聯，后2個參數為了方便一般設置為DEC(十進制)。關鍵是文件內容的begin與end之間的部分。mif文件的使用就是修改begin與end之間的內容。主要有兩種修改方法。

　　3.2.1 mif文件的修改方法1

　　mif文件的使用，即修改begin與end之間的內容，最常用的就是高級語言法。本文借助實例給以說明，并給出相應的m(Matlab)語言程序。

　　設計要求：8位地址輸入，8位數據輸出，輸出數等于地址高4位對應的數加低4位對應的數，即實現1個4位二進制加法的查找表。這里只用到lpm_ROM宏模塊的Address[]、q []兩個端口。lpm_ROM宏模塊及mif文件格式如圖3所示。

　　采用MATLAB語言產生含有begin與end之間內容的txt文件，M文件的內容為：

　　保存并運行，然后打開aaa.txt文件(默認路徑C：＼MATLAB701＼aaa.txt)，拷貝到mif文件的begin與end之間，即完成了對該文件的修改。使用高級語言修改mif文件速度快，準確度高且能實現復雜運算。適用于數據較多的場合。

　　mif文件的修改方法2是在MAX+PLUSⅡ環境下，直接修改lpm_ROM存儲器的各存儲單元的內容。步驟如下：先引入lpm_ROM宏模塊，新建aa.mif文件并加載到LPM_FILE中，編譯完成后，波形編輯，然后仿真。此時MAX+PLUSⅡ會增加一個initialize菜單，點擊initialize->initialize memory…，即可在彈出的對話框中編輯存儲器各單元內容，如圖4所示。

　　各存儲單元輸入后，點擊Export File…，在彈出的對話框中確定要輸出的mif文件名，即完成了對mif文件的修改。這種方法適合數據量較小的場合，比較簡單直觀。

　　以四位二進制加法查找表為例，分別采用以上兩種方法對mif文件進行修改，仿真如下圖5所示。

　　仿真顯示，兩種方式下均正確實現了四位二進制加法查找表。

　　4 結束語

　　本文詳細討論了基于FPGA的mif文件創建與使用，對于mif文件創建與使用均給出了兩種可行性的方法。mif文件具有固定格式，而對mif文件使用主要就是對mif。文件begin與end之間的內容進行修改。本文以四位二進制加法查找表的實現為例，給出了m(Matlab)語言源程序。