双口RAM之IP核使用与验证

双口RAM之IP核使用与验证

上篇在FPGA器件结构资源中提到存储器结构是由一列列的M9K存储器模块组成的，通过对这些M9K存储器模块进行配置，可以实现各种存储器功能，如RAM，ROM，移位寄存器以及fifo缓冲器，具体IP核设置如下图所示

本篇先从双口RAM说起，说起双口RAM，本人也是从前辈的代码中认识到这个IP核，才逐渐树立起FPGA模块架构设计以及对数据流的分析。

下面先从数据的乒乓操作到双口RAM的IP核设置开始讲起。

双口RAM之乒乓操作

我们知道乒乓操作是用于对数据流控制的一种处理技巧，具体操作如下图所示，外部输入的数据流通过“输入数据选择单元”模块送入两个数据缓冲区中，数据缓冲区可以为任何存储模块。

操作流程如下：

1.在第一个缓冲周期，将输入的数据流缓存到“数据缓冲模块1”中。

2.在第二个缓冲周期，“输入数据流选择单元”模块将输入数据流缓存到“数据缓冲模块2”中，同时，“输出数据选择单元”将“数据缓冲模块1”中第一周期缓存到的数据送到“数据流运算处理模块”进行后续数据处理。

3.在第三个缓冲周期中，同第二个缓冲周期一致，是将数据流缓存到“数据缓冲模块1”中，同时取出“数据缓冲模块2”在第二缓冲周期缓存的数据，送到“数据流运算处理模块”中

4.如此不断循环。

上面的步骤利用了乒乓操作对数据的无缝缓冲和处理。乒乓操作可以通过对“输入数据选择单元”和“输出数据选择单元”的按节拍，相互配合地进行无缝切换，可以将经过缓冲的数据流没有停顿的送到“数据流运算处理模块”中。

双口RAM之IP核设置

（1）首页

首先IP核设置首页如下图所示

在上面可以看出设置为一个读端口和一个写端口，设置存储器大小的方式是按字节数来确定的。

在首页的左侧可以看出模块的输入输出端，输入输出信号都采用同一个clock时钟，当有wren写请求信号时（wren高电平有效），就会将data[7:0]中的数据写到相应的地址中去，输出q[7:0]的数据是读地址端口rdaddress[4:0]上的地址数据。其中数据输入输出都会经过一个寄存器。下图不同选择对比电路可以看出差异。

因此该页选择设置一般而言的简单双端口RAM还是真正的双端口RAM。

（2）第二页

上篇提到一个M9K存储器最多有8192个存储位，因此下图8192刚好使用一个M9K存储器，一旦超过该位数，就会使用其他的查找表逻辑来选择多余的寄存器。

上图选择的输入和输出数据端口使用不同的位宽，其输入输出数据位宽根据实际应用而来。

存储器使用的存储块类型和存储器深度为软件自动选择，一般默认就行了。

（3）第三页

第三页时钟选择有单时钟，读和写使用不同时钟，输入和输出选择不同时钟，根据实际需要，一般选择单时钟即可。

一般我们也不需要创建读使能信号，以及选择字节使能信号（byteena），具体在Cyclone IV器件手册中提到，所以在进行FPGA学习时，一定要过一遍器件手册，上篇是个人在学习器件手册时，输出的学习笔记，一定要有输出产物。

（4）第四页

在这一页可以看出输入数据，写请求，写地址，读地址以及读使能都默认选择的寄存器，而输出数据q的寄存器是可选的，，一般我们选择输出数据通过寄存器进行寄存。

在这一页还问我们是否创建时钟使能信号和异步复位端口，具体在上图电路中已有所体现，但是一般我们不会创建时钟使能信号和异步复位端口，需注意这里的复位并不是对RAM中的数据进行复位，而是对寄存器上的值进行复位。

具体观察体现在读地址rdaddress[7:0]和输出数据q[7:0]上的寄存器的底部有一个异步复位的信号。

（5）第五页

该页是对数据读取的一个判断，比如说如果对同一地址既要写又要读的话，那么它该输出什么呢？
这一页给出了两个选择：一是设置为此时写入数据之前的存储数据，二是选择不关心。

（6）第六页

因为本文使用的是RAM，所以不对其进行初始化，在后面使用ROM时必须要进行初始化。

最后点击finish即可。

激励仿真

上图为仿真激励图，可以看出数据在wren使能信号为高电平时，写入数据，将输入数据写到相应的地址位上，但是仿真输出波形总是延迟一个系统时钟周期读取数据。因为读地址为初始位置为0，因此写入0位的数据32存在时间较长。

为此，我们将读地址位初始化一个不用的常值，进行仿真，仿真图如下

对照上图，看出设置的双口RAM的IP核正常工作。