块RAM几乎是FPGA器件中除了逻辑资源之外用得最多的功能块,Xilinx
的主流 FPGA芯片内部都集成了数量不等的块RAM硬核资源,速度可以达到数百兆赫兹,不会占用额外的CLB资源,而且可以在ISE环境的IP核生成器中灵活地对RAM进行配置,构成单端口RAM、简单双口RAM、真正双口RAM、ROM(在RAM中存入初值)和FIFO等应用模式,如图所示。同时,还可以将多个块RAM通过同步端口连接起来构成容量更大的块RAM。
4.4.2单端口RAM模式
单端口RAM模式支持非同时的读写操作。同时每个块RAM可以被分为两部分,分别实现两个独立的单端口RAM。需要注意的是,当要实现两个独立的单端口 RAM模块时,首先要保证每个模块所占用的存储空间小于块RAM存储空间的1/2.在单端口RAM配置中,输出只在read-during-write模式有效,即只有在写操作有效时,写入到RAM的数据才能被读出。当输出寄存器被旁路时,新数据在其被写入时的时钟上升沿有效。
4.4.3简单的双端口RAM
简单双端口RAM模型如图所示,图中上边的端口只写,下边的端口只读,因此这种RAM也被称为伪双端口RAM(Pseudo Dual Port RAM)。这种简单双端口RAM模式也支持同时的读写操作。
块RAM支持不同的端口宽度设置,允许读端口宽度与写端口宽度不同。这一特性有着广泛地应用,例如:不同总线宽度的并串转换器等。在简单双端口RAM模式中,块RAM具有一个写使能信号wren和一个读使能信号rden,当rden为高电平时,读操作有效。当读使能信号无效时,当前数据被保存在输出端口。 当读操作和写操作同时对同一个地址单元时,简单双口RAM的输出或者是不确定值,或者是存储在此地址单元的原来的数据。
4.4.4真正双端口RAM模式
真正双端口RAM模型如图所示,图中上边的端口A和下边的端口B都支持读写操作,WEA、WEB信号为高时进行写操作,低为读操作。同时它支持两个端口读写操作的任何组合:两个同时读操作、两个端口同时写操作或者在两个不同的时钟下一个端口执行写操作,另一个端口执行读操作。 真正双端口RAM模式在很多应用中可以增加存储带宽。例如,在包含嵌入式处理器MiroBlaze和DMA控制器系统中,采用真正双端口RAM模式会很方便;相反,如果在这样的一个系统中,采用简单双端口RAM模式,当处理器和DMA控制器同时访问RAM时,就会出现问题。真正双端口RAM模式支持处理器和DMA控制器同时访问,这个特性避免了采用仲裁的麻烦,同时极大地提高了系统的带宽。 一般来讲,在单个块RAM实现的真正双端口RAM模式中,能达到的最宽数据位为36比特*512,但可以采用级联多个块RAM的方式实现更宽数据位的双端口RAM。当两个端口同时向同一个地址单元写入数据时,写冲突将会发生,这样存入该地址单元的信息将是未知的。要实现有效地向同一个地址单元写入数据,A端口和B端口时钟上升沿的到来之间必须满足一个最小写周期时间间隔。因为在
写时钟的下降沿,数据被写入块RAM中,所以A端口时钟的上升沿要比B端口时钟的上升沿晚到来1/2个最小写时钟周期,如果不满足这个时间要求,则存入此地址单元的数据无效。
第五章 结论
本课题先介绍VHDL语言的,然后主要研究了VHDL语言中IP核的简介、分类、生成、应用,目的是让同学们对IP核有深入的了解与应用。
由于时间紧迫,只研究了VHDL高级使用技巧中的一种,对于其他的使用技巧未做讲解,忘谅解!
参考文献
1. VHDL语言的100例详解 作者:北京理工大学ASIC研究所 2.基于VHDL语言的IP核 出处:《微计算机信息》2005年10期 3.VHDL语言的简介 出处: 百度文库