ZYNQ-PL学习实践（四）IP核之读写RAM

1 概述

RAM（随机存取存储器）， 它用来随时把数据写入或者读取任一指定地址的存储单元。RAM 主要用来存放程序及程序执行过程中产生的中间数据、 运算结果等。
XILINX 7系列BRAM IP核可配置成单端口RAM、也可以配置成双端口RAM。本文介绍配置成单端口 RAM 。
本文介绍xilinx RAM IP 核。
单端口RAM框图如下,

单端口RAM端口介绍，

DINA	： RAM 端口A写数据信号。
ADDRA	： RAM 端口A读写地址信号，读地址、写地址共用同该地址线。
WEA		： RAM 端口A写使能信号， 高电平表示向 RAM 中写入数据，低电平表示从 RAM 中读出数据。
ENA		： 端口A的使能信号， 高电平表示使能端口A， 低电平表示端口 A 被禁止。
RSTA	： RAM 端口A复位信号，可配置成高电平或者低电平复位。
REGCEA	： RAM 端口A输出寄存器使能信号， 当 REGCEA 为高电平时， DOUTA 保持最后一次输出的数据。
CLKA	： RAM 端口A的时钟信号。
DOUTA	： RAM 端口A读出的数据。

接下来介绍 Vivado 软件携带了 BMG IP 核（块 RAM 生成器），配置成单端口RAM，进行读写操作。

2 硬件管脚约束

关于时钟、复位如下，

set_property -dict {PACKAGE_PIN U18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_clk]
set_property -dict {PACKAGE_PIN J15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports sys_rst_n]

3 搭建IP核

选择Block Memory Generator，

Interface Type：

选择 Native 接口类型（标准 RAM 接口总线）。

Memory Type选项如下，

Memory Type（存储器类型）：
可配置成 Single Port RAM（单端口 RAM）

Simple Dual Port RAM	（伪双端口 RAM）
True Dual Port RAM		（真双端口 RAM）
Single Port ROM			（单端口 ROM）
Dual Port ROM			（双端口 ROM）

ECC Options（纠错能力选项）：

单端口 RAM 不支持 ECC。

Write Enable（字节写使能选项）：

勾中后可以单独将数据的某个字节写入 RAM 中，这里不使能。

Algorithm Options（算法选项）：

 Minimum Area 		（最小面积）
 Low Power 			（低功耗）
 Fixed Primitives	（固定的原语）

点击Port A Option，

Write Width		：端口 A 写数据位宽，单位 Bit，这里设置成 8。
Read Width		： 端口 A 读数据位宽，一般和写数据位宽保持一致，设置成 8。
Write Depth		：写深度，这里设置成 32，即 RAM 所能访问的地址范围为 0-31。
Read Depth		：读深度，默认和写深度保持一致。
Operating Mode	： RAM 读写操作模式。 共分为三种模式 Write First（写优先模式）、Read First（读优先模式）和 No Change（不变模式）。

使能端口类型

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）

Port A Optional Output Register(端口 A 输出寄存器选项)

Port A Output Reset Options(RAM 复位信号选项)：这里不添加复位信号，保持默认即可。
.

点击OK，

在“Design Run”窗口的“Out-of-Context Module Runs”一栏中出现了该 IP 核对应的run“blk_mem_gen_0_synth_1”，正在综合如下图，

4 创建新的verilog文件

verilog文件包含如下：

tb_ip_ram.v
ip_ram.v
ram_rw.v

创建一个新的设计文件 ram_rw.v，

module ram_rw(
    input               clk        ,  //时钟信号
    input               rst_n      ,  //复位信号，低电平有效
    
    output              ram_en     ,  //ram使能信号
    output              ram_wea    ,  //ram读写选择
    output  reg  [4:0]  ram_addr   ,  //ram读写地址
    output  reg  [7:0]  ram_wr_data,  //ram写数据
    input        [7:0]  ram_rd_data   //ram读数据        
    );

//reg define
reg    [5:0]  rw_cnt ;                //读写控制计数器

//控制RAM使能信号
assign ram_en = rst_n;
//rw_cnt计数范围在0~31,写入数据;32~63时,读出数据
assign ram_wea = (rw_cnt <= 6'd31 && ram_en == 1'b1) ? 1'b1 : 1'b0;

//读写控制计数器,计数器范围0~63
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(rst_n == 1'b0)
        rw_cnt <= 1'b0;    
    else if(rw_cnt == 6'd63)
        rw_cnt <= 1'b0;
    else
        rw_cnt <= rw_cnt + 1'b1;    
end  

//产生RAM写数据
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(rst_n == 1'b0)
        ram_wr_data <= 1'b0;  
    else if(rw_cnt <= 6'd31)  //在计数器的0-31范围内，RAM写地址累加
        ram_wr_data <= ram_wr_data + 1'b1;
    else
        ram_wr_data <= 1'b0 ;   
end  

//读写地址信号 范围：0~31
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(rst_n == 1'b0)
        ram_addr <= 1'b0;
    else if(ram_addr == 5'd31)
        ram_addr <= 1'b0;
    else    
        ram_addr <= ram_addr + 1'b1;
end

ila_0 your_instance_name (
    .clk(clk),           // input wire clk

    .probe0(ram_en),     // input wire [0:0]  probe0  
    .probe1(ram_wea),    // input wire [0:0]  probe1 
    .probe2(ram_addr),   // input wire [0:0]  probe2 
    .probe3(ram_wr_data),// input wire [4:0]  probe3 
    .probe4(ram_rd_data) // input wire [7:0]  probe4 
);

endmodule

5 创建另一个实例化

实例化创建的 RAM IP 核以及 ram_rw 模块文件名 ip_ram.v，

module ip_ram(
    input         sys_clk ,  //系统时钟
    input         sys_rst_n  //系统复位，低电平有效
    );

//wire define
wire             ram_en      ;  //RAM使能    
wire             ram_wea     ;  //ram读写使能信号,高电平写入,低电平读出 
wire    [4:0]    ram_addr    ;  //ram读写地址 
wire    [7:0]    ram_wr_data ;  //ram写数据  
wire    [7:0]    ram_rd_data ;  //ram读数据  

//ram读写模块
ram_rw  u_ram_rw(
    .clk            (sys_clk     ),
    .rst_n          (sys_rst_n   ),
	//RAM
	.ram_en         (ram_en      ),
    .ram_wea        (ram_wea     ),
    .ram_addr       (ram_addr    ),
    .ram_wr_data    (ram_wr_data ),
    .ram_rd_data    (ram_rd_data )
    );

//ram ip核
blk_mem_gen_0  blk_mem_gen_0 (
	.clka  (sys_clk      ),  // input wire clka
	.ena   (ram_en       ),  // input wire ena	
	.wea   (ram_wea      ),  // input wire [0 : 0] wea
	.addra (ram_addr     ),  // input wire [4 : 0] addra
	.dina  (ram_wr_data  ),  // input wire [7 : 0] dina
	.douta (ram_rd_data  )  // output wire [7 : 0] douta
);

endmodule

6 仿真文件

对 RAM IP 核进行 仿真，文件tb_ip_ram，

`timescale 1ns / 1ps

module tb_ip_ram();

reg     sys_clk;
reg     sys_rst_n;      

always #10 sys_clk = ~sys_clk;

initial begin
    sys_clk = 1'b0;
    sys_rst_n = 1'b0;
    #200
    sys_rst_n = 1'b1;
end

ip_ram u_ip_ram(
    .sys_clk          (sys_clk        ),
    .sys_rst_n        (sys_rst_n      )
    );

endmodule

7 编译、下载

略。。。

总结

待定。。。

感谢阅读，祝君成功！
-by aiziyou