3系列FPGA中使用LUT构建分布式RAM（1）

前一阵出差，然后又吹空调受凉休息了一阵子，耽误了不少时间。现在缓过劲来了，可以继续写作了。出差途中数小时路上无聊，就顺手打印了XAPP463.pdf,即《Using Block RAM in Spartan-3 GeneraTIon FPGAs》，深感FPGA配置的灵活与复杂性。在此把阅读此应用报告的心得分享一下，欢迎大家交流。
在赛灵思Spartan-3、3E等系列的FPGA中，其逻辑单元CLB中一般含有不同数量的单端口RAM（SRAM）或者双端口RAM（DRAM），这里的"单"或者"双"是由我们开发人员定义的。一般情况下这种RAM分布于（distributed）FPGA的阵列结构中，所以被称为"分布式RAM"，以便区别于FPGA中的块RAM（block RAM）；它们的详细区别大家可以看Spartan3系列的用户手册（UG331.pdf, Spartan-3 GeneraTIon FPGA User Guide），其中对所有模块及其功能都有最全面的解释，包括各种复杂的时序分析。分布式RAM在局部设计中可以方便地实现小的数据缓存区、FIFO或者寄存器组等等。接下来我们讨论分布式RAM的特征、功能以及如何使用Xilinx的工具来调用分布式RAM。

          图1 分布式RAM的示意

图1给出了Spartan系列中分布式RAM的一个结构框图示例，它们一般被包含在CLB之中。CLB中的每一个SLICEM函数发生器或者LUT资源都可以被配置为16&TImes;1的同步RAM，而SLICEL slice中的LUT一般不含有分布式的RAM。

         
通常情况下，分布式RAM是同步写，异步读的；然而，在实际使用时，可以根据需求使用与LUT关联的寄存器来实现同步读的功能。每一个16&TImes;1位的RAM都可以进行级联以构成更大的RAM，此时需要对逻辑资源进行仔细的优化设计以便尽可能满足时序要求。这些细节以后会结合我的一个实例进行分析。

Spartan-3 FPGA的CLB支持最高达64位深x1位宽的RAM。同时存在于一个SLICEM slice的两个LUT可以结合起来构成双端口的16x1位的RAM——其中的一个LUT带有读/写端口，它可以同时写入两个16x1 的LUT RAM，而另一个只有读端口，一次只能单独的读取一块RAM。。

分布式RAM可以在许多高性能的应用中大显身手；这些应用一般要求相对较小的嵌入式的RAM模块，例如FIFO或者寄存器组。我们通常用到的ISE套装中的CORE Generat一般可以根据Spartan-3的结构特征，自动产生优化的分布式RAM，一般它产生的是带有同步或者异步FIFO的RAM。