存储器实验

1.ROM定制与读出实验一、实验目的1、掌握FPGA中ROM的设置，作为只读存储器ROM的工作特性和配置方法。2、用文本编辑器编辑mif文件配置ROM，学习将程序代码以mif格式文件加载于ROM中；3、在初始化存储器编辑窗口编辑mif文件配置ROM；4、验证FPGA中ROM的功能。二、实验要求1.实验前认真复习ROM存储器部分的有关内容。2.记录实验数据，写出实验报告，给出仿真波形图。3.通过本实验，对FPGA中EAB构成的ROM存储器有何认识，有什么收获？三、实验原理ALTERA的FPGA中有许多可调用的模块库，可构成如rom、ram、fifo等存储器结构。CPU中的重要部件，如RAM、ROM可直接调用他们构成，因此在FPGA中利用嵌入式阵列块EAB可以构成各种结构的存储器，ROM是其中的一种。ROM有5组信号：地址信号address[]、数据信号q[]、时钟信号inclock、outclock、允许信号memenable，其参数都是可以设定的。由于ROM是只读存储器，所以它的数据口是单向的输出端口，ROM中的数据是在对FPGA现场配置时，通过配置文件一起写入存储单元的。图2-1-1中的ROM有3组信号：inclk——输入时钟脉冲；instruction[31..0]——lpm_ROM的32位数据输出端；a[4..0]——lpm_ROM的5位读出地址。实验中主要应掌握以下三方面的内容：（1）ROM的参数设置；（2）ROM中数据的写入，即FILE初始化文件的编写；（3）ROM的实际应用，在GW48_CP+实验台上的调试方法。四、实验内容1.新建工程。工程名是scinstmem.qpf。2.用初始化存储器编辑窗口编辑ROM配置文件（文件名.mif）。这里预先给出后面将要用到的指令存储器初始化文件：scinstmem.mif。scinstmem.mif中的数据是机器指令代码（图2-1-3）。3.模块设计。用图形编辑，使用工具MegaWizardPlug-InManager，定制指令存储器rom宏功能块。设置地址总线宽度address[]和数据总线宽度q[]，分别为5位和32位,并添加输入输出引脚，如图2-1-1设置和连接。在设置rom数据参数选择项file的对应窗口中（图2-1-2），用键盘输入ROM配置文件的路径（scinstmem.mif），然后设置在系统ROM/RAM读写允许，以便能对FPGA中的ROM在系统读写。4.全程编译。5.画波形文件并进行功能仿真。6.引脚锁定。7.全程编译。8.编程下载。下载SOF文件至FPGA，改变ROM的地址a[4..0]，外加读脉冲，通过实验台上的数码管比较读出的数据是否与初始化数据(scinstmem.mif中的数据)一致。9.在系统读写。打开QuartusII的在系统存储模块读写工具In-systemMomery_ContentEditor，了解FPGA中ROM中的数据，并对其进行在系统写操作图2-1-1：图2-1-2：图2-1-3：图2-1-4：五、实验环境与设备QuartusII软件，实验箱六、实验代码设计（含符号说明）无代码仿真波形：七、实验检验与测试下载SOF文件至FPGA，改变ROM的地址a[4..0]，外加读脉冲，通过实验台上的数码管比较读出的数据是否与初始化数据(scinstmem.mif中的数据)一致。打开QuartuII的在系统存储模块读写工具In-systemMomery_ContentEditor，修改原先的数据，在实验箱比较读出的数据与修改的数据是否一致。八、测试数据在实验台上观察数码管上的数据是否与设定的一致九、实验过程中出现的问题及处理情况（包括实验现象、原因分析、排故障的方法等）1.实验中若出现文件下载失败，可检查USB接口是否接好，然后重启实验箱。2.在画电路图时，注意粗细线的区别。2.RAM读写实验一、实验目的1、了解FPGA中RAM模块ram的功能2、掌握ram的参数设置和使用方法3、掌握ram作为随机存储器RAM的工作特性和读写方法。二、实验要求1.实验前认真复习运算器和存储器部分的有关内容；2.记录实验数据，写出实验报告，给出仿真波形图。3.通过本实验，对FPGA中EAB构成的LPM-ROM存储器有何认识，有什么收获？三、实验原理在FPGA中利用嵌入式阵列块EAB可以构成存储器，ram的结构如图2-2-1。从Datain[7..0]输入的低8位数据由Ext8to32.v进行零扩展为32位输入数据后，送入ram的左边data[31..0]输入，从右边dataout[31..0]输出，we——为读/写控制信号端。数据的写入：当输入数据和地址准备好以后，clk是地址锁存时钟，当信号上升沿到来时，地址被锁存，数据写入存储单元。数据的读出：从addr[4..0]输入存储单元地址，在inclk信号上升沿到来时，该单元数据从dataout[31..0]输出。we——读/写控制端，低电平时进行读操作，高电平时进行写操作；inclk——读/写时钟脉冲；datain[7..0]——低8位数据输入端；data[31..0]——RAM的32位数据输入端；addr[4..0]——RAM的读出和写入地址；dataout[31..0]——RAM的32位数据输出端。四、实验内容1.RAM定制与ROM基本相同，实验步骤也类似。按图2-2-1输入电路图，同样使用工具MegaWizardPlug-InManager。设置地址总线宽度address[]和数据总线宽度q[]，分别为5位和32位,并进行编译、仿真、引脚锁定、FPGA配置。2.注意，RAM也能加入初始化文件scdatamem.mif（数据存储器的初始化文件），注意此文件加入的路径表达和文件表达（图2-2-2）：scdatamem.mif,（后缀mif要小写）；同时择在系统读写RAM功能，RAM的ID名取为：ram2。3.通过键1、键2输入RAM的低8位数据（选择实验电路模式1），键3、键4输入存储器的5位地址。键8控制读/写允许，低电平时读允许，高电平时写允许；键7（CLK0）产生读/写时钟脉冲，即生成写地址锁存脉冲，对ram进行写/读操作。图2-2-1：五、实验环境与设备QuartusII软件，实验箱六、实验代码设计（含符号说明）ext8to32.vmoduleext8to32(a,s);input[7:0]a;output[31:0]s;assigns={4{a}};endmodule仿真波形：七、实验检验与测试通过键1、键2输入RAM的低8位数据（选择实验电路模式1），键3、键4输入存储器的5位地址。键8控制读/写允许，低电平时读允许，高电平时写允许；键7（CLK0）产生读/写时钟脉冲，即生成写地址锁存脉冲，对ram进行写/读操作。八、测试数据在实验箱上进行读写操作九、实验过程中出现的问题及处理情况（包括实验现象、原因分析、排故障的方法等）1.如果发现电路图编译不能通过，首先检查电路元件是否有错误；如果无误，则检查器件名是否与项目名冲突。2.下载文件在实验箱上操作时，注意电路模式的选定，默认为0，需选择电路模式1。