大家好，又到了每日學(xué)習(xí)的時(shí)間了，今天我們來聊一聊在FPGA設(shè)計(jì)中RAM的兩種使用方法，RAM是用來在程序運(yùn)行中存放隨機(jī)變量的數(shù)據(jù)空間，使用時(shí)可以利用QuartusII的LPM功能實(shí)現(xiàn)RAM的定制。

軟件環(huán)境：QuartusII 11.0

操作系統(tǒng)：win7



實(shí)現(xiàn)方法一、利用LPM_RAM：

1.首先準(zhǔn)備好存儲(chǔ)器初始化文件，即.mif文件。

如何生成mif文件？如下：

mif文件就是存儲(chǔ)器初始化文件，即memory initialization file，用來配置RAM或ROM中的數(shù)據(jù)。生成QuartusII11.0可用的mif文件，有如下幾種方式：

方法A：利用Quartus自帶的mif編輯器

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于小容量RAM可以快速方便的完成mif文件的編輯工作，不需要第三方軟件的編輯；

缺點(diǎn)：一旦數(shù)據(jù)量過大，一個(gè)一個(gè)的輸入會(huì)使人崩潰；

使用方法：在quartus中，【file】/【new】，選擇Memory Initialization file，彈出如下窗口：


Number of words：可尋址的存儲(chǔ)單元數(shù)，對(duì)于8bit地址線，此處選擇256；

words size：存儲(chǔ)單元寬度，8bit；

然后點(diǎn)擊“OK”.


* 在表格中輸入初始化數(shù)據(jù)；
* 右鍵單擊左側(cè)地址值，可以修改地址和數(shù)據(jù)的顯示格式；
* 表中任一數(shù)據(jù)的地址=列值+行值，如圖中藍(lán)色單元的地址=24+4=28；

對(duì)每個(gè)單元填寫初始值之后，將文件保存即可。


方法B：利用mif軟件來生成

無論使用什么編輯器，必須保證mif文件的格式如下：冒號(hào)左邊是地址，右邊是數(shù)據(jù)；分號(hào)結(jié)尾；

DEPTH = 256;

WIDTH = 8;

ADDRESS_RADIX = HEX;

DATA_RADIX = HEX;

CONTENT

BEGIN

0000 : 0000;

0001 : 0000;

0002 : 0000;

……(此處省略一千字*.*)

00FA : 00FF;

00FB : 00FF;

00FC : 00FF;

00FD : 00FF;

00FE : 00FF;

00FF : 00FF;

END;

這里推薦一款mif生成器：Mif_Maker2010.exe，可以百度下載；軟件使用方法見如下：
1.打開軟件，【文件】/【新建】；
2.設(shè)置全局參數(shù)：




3.生成波形：

以生成正弦波為例：【設(shè)定波形】/【正弦波】


4.修改波形：

【手繪波形】/【線條】，鼠標(biāo)左鍵選擇兩個(gè)起點(diǎn)，鼠標(biāo)右鍵結(jié)束，即可繪制任意波形。

繪制完畢后，再次選擇【手繪波形】/【取消手繪】，結(jié)束繪制狀態(tài)；


5.保存文件。

方法C：使用高級(jí)語言

用C語言或者matlab語言等來生成，C語言生成代碼如下：本代碼生成一個(gè)正弦波的數(shù)據(jù)波形，保存在TestMif.mif中。
#include
#include

#define PI 3.141592
#define DEPTH 128 /*數(shù)據(jù)深度，即存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)*/
#define WIDTH 8 /*存儲(chǔ)單元的寬度*/

int main(void)
{
int i,temp;
float s;

FILE *fp;
fp = fopen("TestMif.mif","w"); /*文件名隨意，但擴(kuò)展名必須為.mif*/
if(NULL==fp)
printf("Can not creat file! ");
else
{
printf("File created successfully! ");
/*
* 生成文件頭：注意不要忘了“;”
*/
fprintf(fp,"DEPTH = %d; ",DEPTH);
fprintf(fp,"WIDTH = %d; ",WIDTH);
fprintf(fp,"ADDRESS_RADIX = HEX; ");
fprintf(fp,"DATA_RADIX = HEX; ");
fprintf(fp,"CONTENT ");
fprintf(fp,"BEGIN ");

/*
* 以十六進(jìn)制輸出地址和數(shù)據(jù)
*/
for(i=0;i {
/*周期為128個(gè)點(diǎn)的正弦波*/
s = sin(PI*i/64);
/*將-1～1之間的正弦波的值擴(kuò)展到0-255之間*/
temp = (int)((s+1)*255/2);
/*以十六進(jìn)制輸出地址和數(shù)據(jù)*/
fprintf(fp,"%x : %x; ",i,temp);
}//end for

fprintf(fp,"END; ");
fclose(fp);
}
}

驗(yàn)證生成的數(shù)據(jù)是否正確：用記事本打開生成的mif文件，同時(shí)用Quartus打開mif文件，內(nèi)容如下：


能成功導(dǎo)入，且數(shù)據(jù)一致，說明生成正確。

前面的推薦的軟件的使用方法以及mif文件生成完畢后，開始接下來的設(shè)計(jì)。

本文預(yù)先生成了一個(gè)正弦波的數(shù)據(jù)文件，TEST1.mif，可以在QuartusII中打開，以便查看內(nèi)容：【file】/【open】，在文件類型中選擇memory files，打開TEST1.mif，內(nèi)容如下：


2.生成LPM_RAM塊

1）在QuartusII中，【tools】/【megawizard plugin manager】，打開向?qū)Вx擇【memory compiler】文件夾下的RAM：這里選擇單口RAM，

即：RAM:1-PORT，命名為RAM1P：



2）設(shè)置存儲(chǔ)深度為128，數(shù)據(jù)寬度為8bit、選擇嵌入式M4K RAM實(shí)現(xiàn)、使用單時(shí)鐘方案：



3）取消選擇“數(shù)據(jù)輸出鎖存”，不需要時(shí)鐘使能端：


4）使用mif初始化該RAM塊、允許“在系統(tǒng)(In System)存儲(chǔ)器讀寫”，并將此RAM的ID設(shè)置為RAM1：

* 載入前面生成的存儲(chǔ)器初始化文件：TEST1.mif；
* ID主要用于多RAM系統(tǒng)時(shí)，對(duì)不同RAM的識(shí)別，此處命名為RAM1；
* 關(guān)于“在系統(tǒng)存儲(chǔ)器讀寫”的含義，后續(xù)會(huì)補(bǔ)一片文章，專門介紹該工具的使用；



經(jīng)過以上設(shè)置，即可生成一個(gè)名字為RAM1P.v的文件，以后就可以對(duì)其進(jìn)行例化和使用。

3.對(duì)RAM1P.v進(jìn)行例化，就可以使用，例化方法如下：
module TEST(
input [6:0] address,
input clock,
input [7:0] data,
input wren,
output [7:0] q
);

RAM1P RAM1P_inst (
.address ( address ),
.clock ( clock ),
.data ( data ),
.wren ( wren ),
.q ( q )
);

endmodule

推薦使用verilog文本的方式進(jìn)行例化，十分不贊成用原理圖的方式來例化各個(gè)模塊。

生成的RTL圖：



4.對(duì)該RAM塊進(jìn)行仿真，以便了解端口的特性：



* 由于使用的時(shí)鐘方案為單時(shí)鐘(single clock)，因此無論wren=0還是1，Q都輸出address指定的地址中的數(shù)據(jù)；可以從verilog描述中看出這是利用assign語句實(shí)現(xiàn)的(verilog代碼見下文)。

* 當(dāng)wren=1時(shí)，將數(shù)據(jù)輸入端data的數(shù)據(jù)寫入到address指定的存儲(chǔ)單元內(nèi)。

輸出的數(shù)據(jù)依次為0x80，0x86，0x8c，0x92……,對(duì)比前文所顯示的mif文件內(nèi)容，可以驗(yàn)證mif文件已經(jīng)成功導(dǎo)入；

而接下來輸出的數(shù)據(jù)0x0c、0x0d、0x0c、0x0c，是在wren=1期間，由數(shù)據(jù)輸入端data寫入到地址04、05、06、07中的數(shù)據(jù)；

接下來繼續(xù)輸出0xb0、0xb6……，則仍然為mif中對(duì)應(yīng)地址的初始化數(shù)據(jù)。

說明：在編譯過程中，如果使用cycloneII器件，可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤“Error: M4K memory block WYSIWYG primitive……”，解決辦法為：

【ASSIGNMENTS 】/【 SETTING】，找到如下位置，在name中輸入“CYCLONEII_SAFE_WRITE”，在DEFAULT SETTING中輸入“VERIFIED_SAFE”；

然后點(diǎn)擊add按鈕：






方法二、使用verilog純文本的描述方式：

生成同樣功能的RAM塊，代碼如下：
module RAM1P(
input [6:0] address,
input clock,
input [7:0] data,
input wren,
output [7:0] q
);

(* ram_init_file = "TEST1.mif " *) reg [7:0] mem[127:0];

always@(posedge clock)
if(wren) mem[address] <= data; ?/*在時(shí)鐘的上升沿寫入數(shù)據(jù)*/

assign q = mem[address];
endmodule

注意此時(shí)mif文件載入RAM的方法，是利用文本描述的方式實(shí)現(xiàn)的，此種方式有一個(gè)缺點(diǎn)，就是不能在modelsim中進(jìn)行仿真：

(* ram_init_file = "TEST1.mif " *) reg [7:0] mem[127:0];

對(duì)比兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)：



經(jīng)過QuartusII的編譯報(bào)告可以看出，方法二比方法一相比，占用了很多的LE，同時(shí)還使用了1024個(gè)register，故方法二是十分不經(jīng)濟(jì)的，這里給出只是提供一個(gè)參考，便于理解LPM_RAM的工作方式，平時(shí)應(yīng)用時(shí)，建議使用方法一來構(gòu)建RAM。

今天就聊到這里，各位， 加油。