FPGA研發之道(13)-設計不是湊波形(三)RAM

　　在FPGA內部資源中，RAM是較為常用的一種資源。

　　通常實例化RAM中，一種使用為BLOCK RAM 也就是塊RAM 。另外資源可以通過寄存器搭，也就是分布式RAM。前者一般用于提供較大的存儲空間，后者則提供小的存儲空間。

　　在實際應用過程中，一般使用的包括，單端口、雙端口RAM，ROM等形式等不同的形式。 實際應用中FIFO也是利用RAM和邏輯一起實現的。

　　對于一塊RAM中，其能夠例化的深度是有限的。例如cyclone4的RAM9k中可以例化的資源如下所示：

　　因此：例化化深度<256的RAM，其同樣也需要占用一塊BLOCKRAM的資源，例如例化寬度為64 深度為128的RAM，其資源為8K 。但是仍然需要占用兩塊BOCK RAM。也就是說，只要例化RAM深度少于256.則對于本器件9K來說，剩下的資源也是浪費。

　　那是不是可以例化成雙端口RAM，通過高位地址區分，變為兩個單端口RAM(width：32，depth：128)來使用，這樣就可以節省資源了?

　　而對于雙端口RAM來說，每個M9K能夠配置是的最小深度就變成是512，而最大寬度為18，如下圖所示，因此作為真雙端口RAM使用，深度小于512的話，仍然會占用1塊RAM。且寬度》18就會多占用額外的一塊RAM，因此上述的節省資源的方式是不正確的。

　　通過查看datasheet的中RAM能夠配置的方式，從而能夠正確的使用RAM資源，從而達到高的利用效率。可以看出，RAM9K其應用方式受限，主要是因為RAM的端口的連接信號受限，例如：該RAM9K的讀端口最大支持36根信號線，因此對于單端口其支持的寬度為36，雙端口為18(兩個端口，總共36根數據線)，作為FPGA來說，其布線資源是有限的，不可能無限制的增加其端口數。

　　RAM例化時，有時需要初始化RAM，ALTERA和XLINX的初始化方法如下所示：

　　(1)ALTERA RAM中，例化時為MIF文件，其格式為：

　　DEPTH = 32; -- The size of memory in words

　　WIDTH = 8; -- The size of data in bits

　　ADDRESS_RADIX = HEX; -- The radix for address values

　　DATA_RADIX = HEX; -- The radix for data values

　　CONTENT -- start of (address : data pairs)

　　BEGIN

　　00 : 0; -- memory address : data

　　01 : 1;

　　END;

　　(2)在XILINX的RAM中，RAM出示化文件為COE文件，其格式為：

　　MEMORY_INITIALIZATION_RADIX=2; 設定進制

　　MEMORY_INITIALIZATION_VECTOR= 初始化向量

　　值得注意的是：XILINX的RAM初始化后會自動生成MIF文件，而此mif文件與ALTERA mif文件格式不同。不能用于初始化ALTERA的 RAM。

　　鑒于例化不同IP的復雜性，現在編譯工具也支持利用VERILOG語言來描述RAM，而編譯工具自動識別為RAM，自動產生相應的IP核，下面以XILINX的EDA工具為例簡要介紹。

　　module ram(

　　clk, wr,addr,din,dout

　　);

　　input clk;

　　input [7:0] addr;

　　input wr;

　　input [31:0] din;

　　output [31:0] dout;

　　reg [31:0] mem [0:255];

　　reg [31:0] dout;

　　always@(posedge clk)

　　if(wr)

　　mem[addr] <= din;

　　always @(posedge clk)

　　dout = mem[addr] ;

　　endmodule

　　上述描述可以被描述成RAM，自動產生RAM.其例化的報告為：

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　　* HDL Synthesis *

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　　Performing bidirectional port resolution...

　　Synthesizing Unit .

　　Related source file is "ram.v".

　　Found 256x32-bit single-port RAM for signal .

　　Found 32-bit register for signal .

　　Summary:

　　inferred 1 RAM(s).

　　inferred 32 D-type flip-flop(s).

　　Unit synthesized.

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　　HDL Synthesis Report

　　Macro Statistics

　　# RAMs : 1

　　256x32-bit single-port RAM : 1

　　# Registers : 1

　　32-bit register : 1

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　　綜上： RAM作為FPGA內部一種基本資源，掌握RAM的特性和基本用法，則是FPGA工程師的基本技能，能夠充分利用FPGA內部的資源，畢竟對于FPGA來說“資源就是金錢”，節省資源就是省錢。