搜索
7.4基于IPCore的BlockRAM设计7.4基于IPCore的BlockRAM设计本节介绍基于IPCore的BlockRAM设计，由于BlockRAM属于特殊结构，使用Xilinx公司提供的IPCore是比较方便的，而且灵活、高效、不容易出错（IPCore的使用请见3.1.4节）。7.4.1双端口块RAM（Dual-PortBlockRAM）双端口RAM的特性Virtex、Virtex-E、Virtex-II、Virtex-IIPro、Spartan、Spartan-II、Spartan-IIE和Spartan-3系列的FPGA都嵌入了BlockRAM。支持所有3种Virtex-II写模式:Read-After-Write、Read-Before-Write和No-Read-On-Write（只适用于Virtex-II和Spartan-3）支持RAM和ROM功能。支持1到256BIT的数据端口宽度。根据选择的不同结构，支持1到2M字的存储深度。支持ROM功能，两个端口可以同时对一个地址的数据进行读操作。支持RAM功能，两个端口可以同时对不同的地址进行写操作，或者对同一地址进行读操作。两个端口是完全独立的。支持A、B端口的不对称配置。支持CORE设计或者使用SelectRAM+、SelectRAM-II库原语以求面积优化。支持不同极性的控制信号引脚：时钟（clock）、使能（enable）,写使能（writeenable）和输出初使化（outputinitialization）引脚。结合Xilinx的Smart-IP技术使设计更灵活，最优化实现。2．双端口RAM的功能描述Dual-PortBlockRAM是由一块或多块叫做Select-RAM+™的4Kb存储块组成的。Virtex-II和Spartan-3系列的Dual-PortBlockRAM是由一块或多块16Kb存储块（SelectRAM-II™）组成的，能构成更宽或者更深的存储器设计。Select-RAM+™和SelectRAM-II™都是真正的双端口RAM，为Spartan-II和Virtex系列家族的芯片提供快速、离散的而且足够大的块RAM。因为Spartan-II和Virtex都使用4Kb的Select-RAM+™存储块，所以任何涉及到Virtex能实现的RAM，都可以在Spartan-II、Virtex-E、Virtex-II、Virtex-IIPro、Spartan-IIE系列中实现。每个存储器含有两个完全独立的端口A和B，两个端口享有同时访问存储器中同一地址的能力，存储器的深度和宽度由使用者自己定义。两个端口在功能上是完全一样，都可以对存储器进行读写操作。两个端口可以同时对存储器的同一地址进行读操作，如果对同一地址进行操作，一个端口读，一个端口写，那么写操作成功，而读出的数据是无效的。根据使用者的定义，可以配置端口A和端口B的数据宽度和地址宽度。当两个端口被禁用时（ENA和ENB无效），存储器中的数据和输出端口将保持不变。当两个端口可用时（ENA和ENB有效），对存储器的所有操作将在输入时钟的边沿触发。进行写操作时（WEA或WEB有效），相应数据端口的数据将写入地址端口所指定的存储地址中。在这个操作中，Spartan-II/Virtex和Virtex-II系列的块RAM的输出端口的动作并不相同。Virtex-II和Spartan-3系列的块RAM的输出端口的具体实现要根据“写模式”的设置而定。Virtex-II和Spartan-3系列的块RAM支持3种“写模式”，每种模式决定了输出端口在写操作发生后将如何作出反应。Spartan-II和Virtex系列的块RAM只支持一种“写模式”：Read-After-Write。这种写模式使写入的数据在写操作后呈现在输出端口。在读操作时，地址输入端口指定的地址上的数据在输出端口输出。当同步初始化（SynchronousInitialization(SINITA或SINITB)）有效时，有锁存器的输出端口将被同步初始化，Spartan-II和Virtex系列将被初始化为0，Virtex-II系列将被初始化为使用者事先定义的数据。同步初始化操作并不影响存储器中的数据，也不会与写操作发生冲突。使能，写使能和同步初始化可以被定义为高电平有效或者低电平有效。3．双端口RAM的引脚双端口RAM的Core引脚如图7.4.1所示。图7.4.1双端口RAM的引脚双端口RAM的Core引脚的具体含义列表于表7.4.1。端口名称端口方向功能描述DIN[A|B]n:0可选输入数据输入：数据从此端口写入存储器。ADDR[A|B]m:0输入地址输入：写或者读操作的地址由此端口输入。WE[A|B]可选输入写使能控制信号：控制数据写入存储器。EN[A|B]可选输入使能控制信号：写或者读操作的有效控制。SINIT[A|B]可选输入同步初始化控制信号：使输出端口初始化为预先设定的状态。CLK[A|B]输入时钟信号：所有存储器操作是在输入时钟的同步下进行的。ND[A|B]可选输入握手信号：表示A或者B端口上有新的而且有效的地址数据。（高电平有效）。DOUT[A|B]n:0可选输出数据输出端口：存储器的同步数据输出端口。RFD[A|B]可选输出握手信号：表示存储器已经准备好接受新数据。（高电平有效）RDY[A|B]可选输出握手信号：表示输出端口上的数据有效。（高电平有效）。7.4.2使用IPCore生成双端口RAMXilinx提供了Dual-PortBlockRAM的IPCore。具体如何调用IPCore、生成IPCore见3.1.4节。这里介绍具体的一些IPCore参数，设计者可以根据设计的需要设置这些参数。Dual-PortBlockRAM的参数设置窗口分别如图7.4.2、图7.4.3、图7.4.4、图7.4.5所示。Dual-PortBlockRAM的参数设置一共有4个窗口，可以单击按钮进入下一个窗口。图7.4.2Dual-PortBlockRAM的参数设置窗口图7.4.3PortABlockRAM的参数设置窗口图7.4.4PortBBlockRAM的参数设置窗口图7.4.5Dual-PortBlockRAM的参数设置窗口元件名称（ComponentName）:为了生成IPCore，必须为生成的文件取一个名称。端口A存储器大小（MemorySize）：数据端口A宽度（WidthA）：可以选择数据端口A的宽度，宽度可以从1到256。地址端口A深度（DepthA）：可以选择存储器的字节数。根据所选择的不同结构，字节数可以从2BIT到2M。可以选择的地址深度要根据所选择的数据端口A的宽度而定。Spartan-II和Virtex系列的块RAM的最大字节数为256K，Virtex-II和Spartan-3系列的块RAM的最大字节数为1M。必须注意生成的CORE的大小不能超过目标器件库原语的大小端口B存储器大小（MemorySize）：数据端口B宽度（WidthB）：可以选择数据端口B的宽度，可以选择的数据端口B的宽度取决于定义的数据端口A的宽度。对于Spartan-II和Virtex系列的块RAM，能够选择的宽度可以是1，2，4，8或16倍A端口的宽度。对于Virtex-II系列的块RAM，能够选择的宽度可以是1，2，4，8，16或32倍A端口的宽度。地址端口B深度（DepthB）：定义了WidthA、DepthA和WidthB后，DepthB的值将为定值。根据端口A和B定义的存储器的大小必须相等可以计算出DepthB。端口A可选项（PortAOptions）:配置（Configuration）选项：可以选择的有ReadAndWrite（读和写）,WriteOnly（只写）和ReadOnly（只读）。写模式(Writemode)选择：可以为Virtex-II系列的块RAM选择写模式。Spartan-II和Virtex系列的块RAM只支持ReadAfterWrite模式。ReadAfterWrite模式（支持的有Virtex-II、Spartan-II、Spartan-3、Virtex），可能有下面几种情况：没有输入输出寄存器时：数据在WEA信号有效后的第一个时钟沿传送到端口DOUTA。仅有输入寄存器时：数据在WEA信号有效后的第二个时钟沿传送到端口DOUTA。仅有输出寄存器时：数据在WEA信号有效后的第二个时钟沿传送到端口DOUTA。有输入和输出寄存器时：数据在WEA信号有效后的第三个时钟沿传送到端口DOUTA。ReadAfterWrite模式的时序如图7.4.6所示。图7.4.6ReadAfterWrite模式时序ReadBeforeWrite模式（支持的有Virtex-II、Spartan-3），可能有下面几种情况：没有输入输出寄存器时:在WEA信号有效后的第一个时钟沿，存储器中当前地址上的数据被传送到端口DOUTA。仅有输入寄存器时：在WEA信号有效后的第二个时钟沿，存储器中当前地址上的数据被传送到端口DOUTA。仅有输出寄存器时：在WEA信号有效后的第二个时钟沿，存储器中当前地址上的数据被传送到端口DOUTA。有输入和输出寄存器时：在WEA信号有效后的第三个时钟沿，存储器中当前地址上的数据被传送到端口DOUTA。图7.4.7ReadBeforeWrite模式时序No-Read-On-Write模式（支持的有Virtex-II、Spartan-3）：当WEA有效时，不会进行读操作。DOUTA端口将保持上一次读操作的数据。No-Read-On-Write模式时序如图7.4.8所示。图7.4.8No-Read-On-Write模式时序端口B可选项（PortBOptions）:端口B可选项与端口A可选项相同。端口A设计选项（PortADesignOptions）:1可选引脚端（OptionalPins）：a.使能引脚端。b.握手信号引脚端。包括ND、RFD、RDY信号，它们的含义如表7.4.1所示。需要注意的是，ND信号必须在RFD有效时才能有效。RFD信号在EN信号有效时一直是有效的。可选输入寄存器（RegisterOptions）：可以为端口DIN、ADDR和WE添加输入寄存器。可选输出寄存器（OutputRegisterOptions）:a.AdditionalOutputPipeStages:选择‘1’可以为输出端口再增加一级寄存器，选择‘0’不加寄存器。b.初始化（SINIT）引脚：SINIT引脚的含义见表7.4.1。引脚极性（PinPolarity）：使用者可以为存在的引脚极性配置。对于时钟信号，可以配置成上升沿或下降沿触发。对于EN、WE和SINIT引脚端，可以配置成高电平或低电平有效。端口B可选项（PortBOptions）:端口B可选项与端口A可选项相同。库原语选择（PrimitiveSelection）：有两项可供选择。面积优化（OptimizeForArea）。选择库原语（SelectPrimitive）。Virtex、Virtex-E和Spartan-II的库原语有4kx1,2kx2,1kx4,512x8和256x16。Virtex-II的库原语有16kx1,8kx2,4kx4,2kx9,1kx18,和512x36.初始化（InitialContents）:可以设置配置后存储器中的初始值。全局初始化值（GlobalInitValue）：全局初始化值定义了配置后存储器中初始值。缺省（默认）为‘0’。注意输入的值必须是16进制，并且其大小不能超过A端口能输入的最大值。加载初始化文件（LoadInitFile）：存储器中的初始值可以保存在一个以COE为后缀的文件中，加载这个文件可以使存储器在配置后，各个单元的初始值为文件中所列出的值。7.4.3使用MemoryEditor生成COE文件前面提到，可以为双端口