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前段時間和幾個人閑談，看看在FPGA里面實現(xiàn)一個Mem加法器怎么玩兒

加法器

看一個很簡單的代碼：

val memContext=Array.fill(16*1024)(0)
def addOne(index:Int)={
memContext(index)=memContext(index)
}

一個很簡單的功能。一個16K大小的數(shù)組。在軟件人眼里這連最初級的面試題都算不上是吧～

那么我們考慮下在FPGA里面的實現(xiàn)。數(shù)組位寬如此之大，如果誰上來說用寄存器實現(xiàn)那真的要貽笑大方了～這種情況無他，只能使用Block Mem來實現(xiàn)。

相比于軟件，邏輯設(shè)計引入了時序的概念，也就是加上了時鐘這個維度。這里是要首先讀出原始的數(shù)據(jù)加1后再寫回回去。而對于Block Mem，其讀延遲至少有一拍的讀延遲，這里實現(xiàn)需要先讀后寫，如果要實現(xiàn)每拍均能處理一個指令那顯然是需要Mem Write First類型了。

Block Mem

對于Block Mem,下面是Xilinx中Block Ram的結(jié)構(gòu)圖：

對于Block RAM，地址線在進入到Memory Array之前會先經(jīng)過一級寄存器。Memory Array選擇輸出則會經(jīng)過一級Latch，隨后可通過選擇器選擇是直接輸出還是再經(jīng)過一級寄存器輸出。

對于Block RAM的使用，如果選擇讀延遲為1 cycle，那么Dout會通過Latches輸出，如果讀延遲為2 cycle，那么Dout將會通過寄存器輸出。初學FPGA那會兒，一般在使用Block RAM時，往往就無腦的選擇一拍的delay設(shè)計模式。現(xiàn)在再來看，在FPGA設(shè)計里，這種形式往往不利于提升時鐘頻率。在FPGA設(shè)計里，如果想要盡可能提高時鐘頻率，那么對于Block Ram的使用則需要將Block Ram中Dout前的寄存器給使用起來，即讀延遲需要兩拍的延遲。而再考慮Block RAM的拼接，布局布線的位置，那么可能就需要更高的讀延遲了。

對于高頻設(shè)計，Memory的Write First的設(shè)計實現(xiàn)就需要考慮讀延遲的拍數(shù)了～

假定Read Latency為N，那么上面的例子就相當于：