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本系列文章主要针对FPGA初学者编写#xff0c;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#xff0c;旨在更快速的提升初学者在FPGA开发方面的能力#xff0c;每一个章节中都有针对性的代码…
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FileNew 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ToolsCore 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 FileNew 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 MemoriesStorageElementsRAMsROMsBlock 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 编写完测试代码后需要将测试代码添加到工程中。
06 添加测试代码到工程 在 ISE 工程中右键工程名称添加测试文件(点击Add Source)在如图 18 所示的窗口中选择Simulation点击OK。 图18 添加测试文件到工程 按照如图 19 所示的步骤打开 modelsim 软件进行仿真。 图19 通过 ISE 调取 modelsim 仿真软件 仿真波形如图 20 所示: 图20 仿真波形
07 注释 正文所讲调用IP核的方法过于繁琐旨在让初学者了解IP核的调用步骤。 第二种方法与第一种本质上是一样的但简便了许多。 点击Add Source弹出如图 21 所示界面 图21 选择IP核文件类型 点击Next弹出如图22所示界面 图22 选择RAM IP核 点击NextFinish完成。接下来的步骤与正文一致图10开始在此不在重复讲述。
