单口RAM、双口RAM、FIFO

单口RAM、双口RAM、FIFO

单口与双口

单口与双口的区别在于，单口只有一组数据线与地址线，因此读写不能同时进行；而双口有两组数据线与地址线，读写可同时进行；FIFO读写可同时进行，可以看作是双口；

简单双口RAM与真双口RAM

双口RAM分伪双口RAM（Xilinx称为Simple two-dual RAM）与双口RAM（Xilinx称为true two-dual RAM），伪双口RAM，一个端口只读，另一个端口只写，且写入和读取的时钟可以不同，位宽比可以不是1:1；而双口RAM两个端口都分别带有读写端口，可以在没有干扰的情况下进行读写，彼此互不干扰0；

FIFO

FIFO也是一个端口只读，另一个端口只写。FIFO与伪双口RAM的区别在于，FIFO为先入先出，没有地址线，不能对存储单元寻址；而伪双口RAM两个端口都有地址线，可以对存储单元寻址；
异步时钟域的缓存只要是双口器件都可以完成，但FIFO不需对地址进行控制，是最方便的；

根据我的设计经验，其实FIFO的核心还是一片RAM。只不过把RAM的操作封装了一下，添加了两个指针，也就是两个地址寄存器，一个写地址寄存器，一个读地址寄存器。 当FIFO初始化时，读地址寄存器和写地址寄存器皆为零； 当FIFO写一个数据时，把数据写入当前地址寄存器指向的RAM地址，然后写地址寄存器加1；如果加到RAM的底部了，就再次变为零； 当FIFO读数据时，把读地址寄存器的数据读出来，然后读地址寄存器加1；如果读到RAM的底部了，就再次变为零； 如果读地址寄存器追上写地址寄存器，就说明读空了，没数据可读了； 如果写地址寄存器的值又追上了读地址寄存器，就说明写满了，没法写了； 大概就是这样了。

双口RAM

双口RAM是常见的共享式多端口存储器，其最大特点是共享存储数据，即一个存储器配备两套***的地址线、数据线和控制线，允许两个***的CPU或控制器同时异步的访问存储单元。这种同时异步的访问存储单元需要内部仲裁控制逻辑的控制（BUSY功能输出），由于两个端口对双口RAM存取时存在以下4种情况：
1.两个端口不同时对同一地址单元存取数据；
2.两个端口同时对同一地址单元读出数据；
3.两个端口同时对同一地址单元写入数据；
4.两个端口同时对同一地址单元操作，一个写入数据，一个读出数据。
所以，内部仲裁控制逻辑相应的提供以下功能：
1.对同一地址单元访问的时序控制；
2.存储单元数据块的访问权限分配；
3.信令交换逻辑。

对同一地址单元访问的时序控制

当左右端口不对同一地址单元存取时，BUSY R=H，BUSY L=H，可正常存储；当左右端口对同一地址单元存储时，有一个端口的BUSY=L，禁止数据的存取，此时，两个端口中先出现的存储请求信号对应的BUSY=H，允许存储，后出现的存储请求信号对应的BUSY=L，禁止存储（注意：两端口间的存储请求信号出现时间差应满足仲裁最小时间间隔TAPS（IDT7132为5ns），否则仲裁逻辑无法判定哪一个端口的存储请求信号在前）；在无法判定哪个端口先出现存储请求信号时，控制线BUSY L和BUSY R只有一个为低电平，不会同时为低电平，这样就避免了双端口存取出现错误。

存储单元数据块的访问权限分配

存储单元数据块的访问权限分配只允许在某一时间段内由1个CPU对自定义的某一数据块进行读写操作，这将有助于存储数据的保护，更有效地避免地址冲突。信号量（Semaphore，简称SEM）仲裁闭锁就是一种硬件电路结合软件实现访问权限分配方法。SEM单元是与存储单元无关的***标志单元，两个端口分别采用两个触发器可以实现这一功能。两个触发器在初始化时均使SEM允许输出为高电平，等待双方申请SEM，如果收到一方写入的SEM信号（通常低电平写入），仲裁电路将使其中一个触发器的SEM允许输出端为低电平，而闭锁另一个SEM允许输出端使其继续保持高电平。只有当先请求的一方撤消SEM信号，即写入高电平，才使另一SEM允许输出端的闭锁得到解除，恢复等待新的SEM申请。

信令交换逻辑（signaling logic）

为了提高数据的交换能力，有些双口RAM采用信令交换逻辑来通知对方。这类似与PC操作系统的进程同步的信箱机制。

以上是双口RAM自身提供的仲裁逻辑控制，也可采用自行设计的仲裁协议，比如FIFO。