FPGA原理与结构——ROM IP的使用与测试

一、前言

        本文介绍Block Memory Generator v8.4 IP核 实现ROM，在学习一个IP核的使用之前，首先需要对于IP核的具体参数和原理有一个基本的了解，具体可以参考：

FPGA原理与结构——块RAM（Block RAM,BRAM）https://blog.csdn.net/apple_53311083/article/details/132253916?spm=1001.2014.3001.5501              上文介绍了这个IP核使用的底层资源BRAM  
FPGA原理与结构——RAM IP核原理学习https://blog.csdn.net/apple_53311083/article/details/132326228?spm=1001.2014.3001.5501           上文详细介绍了这个IP核的各种功能和原理
FPGA原理与结构——RAM IP核的使用与测试https://blog.csdn.net/apple_53311083/article/details/132359524?spm=1001.2014.3001.5501

上文介绍了这个这个IP核例化RAM的具体使用方式与测试，虽然本文主要介绍ROM，但是ROM其实完全可以看作一个不具备写功能的RAM，所以如果能够理解RAM的使用，那么ROM的使用也就是水到渠成的。

二、ROM 简介

        ROM经常被拿来与RAM一起比较，两者最大的区别就在于RAM可读可写，ROM只能读，不能写。ROM(只读存储器（Read-Only Memory))，其特点是特点：非易失性，只能读出不能写入。常见的ROM可以参见下表：

掩膜ROM	由厂家“固化”，不可更改
可编程ROM(PROM)	熔丝烧断改写存储数据，只可编写一次
可擦除可编程ROM(EPROM)	浮栅MOS管，多次编程和擦除数据。可分为紫外线可擦除可编程ROM(UVEPROM)和电可擦除可编程ROM(E2PROM)

        在这里我们使用到的Block Memory Generator v8.4 IP核是使用FPGA硬件底层中的BRAM资源，BRAM可以实现RAM,ROM和FIFO。我们知道BRAM实现的RAM可以分成的单端口，简单双端口和真双端口3种。考虑到ROM只可读不可写，BRAM实现的ROM有单端口和双端口两种。

 （1）Single Port ：单口 ROM

        不能写入，只有一个端口用于数据读

（2）Dual port：双端口 ROM

        不可写，但是有2个端口用于读，两个端口读取数据的位宽可以不同，但是必须是整数倍关系

三、ROM IP核定制

1、ROM IP核

 step1 打开vivado工程，点击左侧栏中的IP Catalog

step2 在搜索栏搜索ROM，找到Block Memory Generator IP 核

2、ROM IP核定制

step3 Basic界面定制

①Component Name : IP核名字

②Interface Type : 接口类型，可选Native类型和AXI4类型，这里我们选Native类型

    Memory Type : 存储器类型选择，对于ROM来说有2种可选，单端口和双端口。

③ECC Options ：Error Correction Capability，纠错能力选项，单端口 ROM 不支持 ECC。

④Write Enable：字节写使能选项，ROM不具备写功能。

⑤Algorithm Options：算法选项。可选择 Minimum Area（最小面积）、Low Power（低功耗）和 Fixed Primitives（固定原语），这里选择默认的 Minimum Area。

step4 端口定制

        这里我们选择的是单端口模式，所以只需要配置Port A一个端口，如果是双端口模式需要独立配置两个端口。

① Memory Size 

        Port A Width : 数据位宽

        Port A Depth : 数据深度        

② Operating Mode : 对于ROM来说是不可选的

     Enable Port Type：使能端口类型。Use ENA pin（添加使能端口 A 信号）；Always Enabled（取消使能信号，端口 A 一直处于使能状态），这里选择默认的 Use ENA pin。

③ Port A Optional Output Register：端口 A 输出寄存器选项。其中“Primitives Output Register”默认是选中状态，作用是打开 BRAM 内部位于输出数据总线之后的输出流水线寄存器，虽然在一般设计中为了改善时序性能会保持此选项的默认勾选状态，但是这会使得 BRAM 输出的数据延迟一拍，在这里我们只是进行一个简单的例化测试，为了使得我们的效果直观，我们不进行勾选。

④ Port A Output Reset Options：ROM 输出寄存器复位信号选项，这里不添加复位信号，保持默认即可。（注意是对输出寄存器复位，不是对ROM的复位）

⑤ READ Address Change A : 这是对于ultrascale系类的，普通的7系类不适用。

step5 Other Options

 

① Pipeline Stages within Mux：当使用多个BRAM资源来构成一个较大的RAM时，IP核提供了可选的0~3流水线结构来帮助优化性能，这里我们的ROM很小，一块BRAM（18Kb）就可以实现，所以不需要 。

② Memory Initialization : 内存初始化，简单说就是给ROM进行赋初值，可以有两种方式，一种是通过Coe文件写入，还有一种是直接把RAM赋同一个值，这里我们选择的就是第一种，通过Coe文件的形式写入 

radix：使用的进制数，可选2，10，16

vector：初始化使用的数据，写入时用逗号隔开（这里是写入后的状态） 

③ ：这里都是一些仿真的打印信息，我们保持默认。

step6 Summary

        最后通过Summary进行一个回顾和检查

 3、IP核例化

step7 例化

        例化代码如下：

module top(
    input clk,                     //时钟信号
    input ena,                     //使能信号
    input [4:0]addra,              //地址

    output [7:0]douta              //输出信号
    );

    rom_v1 rom_u1(
      .clka(clk),
      .ena(ena),
      .addra(addra),
      .douta(douta)
    );

endmodule

四、IP核测试

        首先编写测试文件如下：

`timescale 1ns / 1ps
module tb_top();

reg clk;                //时钟
reg ena;                //使能信号
reg [4:0]addra;         //地址
wire [7:0]douta;             //输出信号

initial begin 
    clk = 0;
    ena = 0;
    addra = 0;
#30
    ena = 1;
    repeat(32) begin
    #10 addra = addra + 1;
    end
#20
    ena = 0;
    $finish;
end

always #5 clk = ~clk;

top top_u1(
    .clk(clk),
    .ena(ena),
    .addra(addra),
    .douta(douta)
);

endmodule

        得到的仿真结果如下：

         可以看到使能信号的拉高后，数据随着地址的增加被依次读出，功能验证正常。