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FPGA入门系列12--RAM的使用

article 2024/11/18 18:32:27

文章简介

本系列文章主要针对FPGA初学者编写，包括FPGA的模块书写、基础语法、状态机、RAM、UART、SPI、VGA、以及功能验证等。将每一个知识点作为一个章节进行讲解，旨在更快速的提升初学者在FPGA开发方面的能力，每一个章节中都有针对性的代码书写以及代码的讲解，可作为读者参考。

第十三章：RAM的使用

在FPGA中，不得不提的是存储器，当我们做相关项目时，经常会遇到存储数据的问题，数据量过大时，我们可以将其存储在 FPGA 芯片的外设存储器上，比如 sdram、 ddr sdram、 ddr3 sdram 等，然而访问外设存储器相对比较麻烦，因此当数据量较小时，我们可以直接使用 FPGA 芯片内部自带的 ram 的 IP核。
Ram 是 random access memory 的简称，即随机存储器的意思， ram 可以按照所需进行随机读/写。我们可以通过调用 FPGA 内部的 IP 核生成一个 ram，并通过编写 Verilog HDL 代码控制该 ram。

01 新建工程

打开ISE软件新建工程：File>>New Project。

先建立顶层文件，点击New Source，如图1箭头所指：

图1 新建New Source

在弹出的New Source Wizard中为模块命名以及选择存放路径，如图2所示：

图2 模块命名与路径

点击Next，最后点击Finish完成。此时在ISE界面可以看到生成的v文件，如图3所示：

图3 生成v文件

02 调用IP核

一种是通过Tools>>Core Generator调用。（第二种调用方法见文末注释）。

图4 IP核的调用

打开Core Generator的页面如图 5所示。

图5 打开 IP Core界面

点击 File>>New Project 弹出如图6所示的界面，根据图 6、图 7 的标注进行相关的设置。

图6 器件选择

图7 语言选择

选择好了之后点击 OK 生成该 IP 核工程，可以在图 8 所示的窗口选择所需的IP 核，在此我们选择 Memories&StorageElements>>RAMs&ROMs>>Block MemoryGenerator，鼠标左键双击该选项，弹出如图 10 所示的 ram IP 核窗口。

图8 IP核选择窗口

图9 双击选择RAM IP核

图10 RAM命名窗口

图11 RAM类型选择

在图 11 所示的窗口中选择所需的 ram 类型，在此我们选择 Simple Dual Port RAM，该 ram 包含两个地址总线，一个写地址和一个读地址，分别控制两个地址总线可以控制该 ram 的读和写。

图12 RAM存储容量选择

根据图 12 所示来选择所需的 ram 数据的位宽和深度，此处的数据位宽和深度都不是无限的，而是要根据芯片内部的资源来定的。

图13 RAM的其它设定

图 13 所示界面可以选择是否在 B 端（输出端）加寄存器，加了寄存器可以使ram 输出的数据更稳定。若是需要该 ram 在被调取时被初始化，我们可以勾选图 13 标出的区域，并且加入 ram 可以识别的初始文件（coe 文件）。

图14 B端口复位的设定

若是需要对 B 端口设定复位键，可以在图 14 所示的区域勾选。

图15 调用RAM的信息

图 15 是我们调取该 IP 核的最后一步，该界面主要总结了之间我们设定 ram，我们查看是否满足了我们的需求，若是没有满足可以退回到对应的位置重新选择，若是满足，点击 Generate 生成该 IP 核。

03 添加IP核文件到工程

右键点击ISE中的工程名，选择Adding Source 添加我们的IP核文件（xco），如图 16 所示。

图16 添加XCO文件到工程

之后弹出如图 17 所示的窗口，点击 OK 将该文件添加到工程。

图 17 添加文件到工程

04 编写顶层代码

接下来写出对该 ram 控制的 Verilog HDL 代码，要求对该 ram 进行整体的读写交替进行。

代码示例1：

代码解析 1：
①第 16 行的 always 实现写使能（wr_en）的赋值，当读的时候 wr_en 赋值0，写的时候 wr_en 为 1；
②第 24 行的 always 实现了写地址的产生；
③第 32 行的 always 实现了读地址的产生；
④第 41 行实现了该 ram IP 核的实例化。

05 编写测试代码

编写相应的测试文件，具体如代码示例 2。

代码示例 2：