FPGA研发之道（13）-设计不是凑波形（三）RAM

作者：阿昏豆

在FPGA内部资源中，RAM是较为常用的一种资源。

     通常实例化RAM中，一种使用为BLOCK RAM 也就是块RAM 。另外资源可以通过寄存器搭，也就是分布式RAM。前者一般用于提供较大的存储空间，后者则提供小的存储空间。

     在实际应用过程中，一般使用的包括，单端口、双端口RAM，ROM等形式等不同的形式。 实际应用中FIFO也是利用RAM和逻辑一起实现的。

    对于一块RAM中，其能够例化的深度是有限的。例如cyclone4的RAM9k中可以例化的资源如下所示：



     因此：例化化深度<256的RAM，其同样也需要占用一块BLOCKRAM的资源，例如例化宽度为64 深度为128的RAM，其资源为8K 。但是仍然需要占用两块BOCK RAM。也就是说，只要例化RAM深度少于256.则对于本器件9K来说，剩下的资源也是浪费。



    那是不是可以例化成双端口RAM，通过高位地址区分，变为两个单端口RAM（width：32，depth：128）来使用，这样就可以节省资源了？

    而对于双端口RAM来说，每个M9K能够配置是的最小深度就变成是512，而最大宽度为18，如下图所示，因此作为真双端口RAM使用，深度小于512的话，仍然会占用1块RAM。且宽度》18就会多占用额外的一块RAM，因此上述的节省资源的方式是不正确的。



通过查看datasheet的中RAM能够配置的方式，从而能够正确的使用RAM资源，从而达到高的利用效率。可以看出，RAM9K其应用方式受限，主要是因为RAM的端口的连接信号受限，例如：该RAM9K的读端口最大支持36根信号线，因此对于单端口其支持的宽度为36，双端口为18（两个端口，总共36根数据线），作为FPGA来说，其布线资源是有限的，不可能无限制的增加其端口数。

RAM例化时，有时需要初始化RAM，ALTERA和XLINX的初始化方法如下所示：

（1）ALTERA RAM中，例化时为MIF文件，其格式为：

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出示化文件为COE文件，其格式为：

         MEMORY_INITIALIZATION_RADIX=2;  设定进制

MEMORY_INITIALIZATION_VECTOR=  初始化向量

值得注意的是：XILINX的RAM初始化后会自动生成MIF文件，而此mif文件与ALTERA  mif文件格式不同。不能用于初始化ALTERA的 RAM。

    鉴于例化不同IP的复杂性，现在编译工具也支持利用VERILOG语言来描述RAM，而编译工具自动识别为RAM，自动产生相应的IP核，下面以XILINX的EDA工具为例简要介绍。

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，自动产生RAM.其例化的报告为：

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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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    综上： RAM作为FPGA内部一种基本资源，掌握RAM的特性和基本用法，则是FPGA工程师的基本技能，能够充分利用FPGA内部的资源，毕竟对于FPGA来说“资源就是金钱”，节省资源就是省钱。