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实验内容

对 FPGA 内部的 RAM 进行数据读写操作。

实验原理

RAM （Random Access Memory），是可以进行数据交换的存储器，可读可写；而 ROM（Read-Only Memory）为只读存储器，只可读取不可写入。

实验步骤

• 添加 Block Memory Generator IP核，选择 Simple Dual Port RAM，则代表使用两个独立端口，Port A 作为输入，Port B 作为输出。
  
• 关于 Port A 的设置：Width 代表数据位宽，Depth 代表可以存放的数据个数。
  
• 关于 Port B 的设置：Width 和 Depth 与端口A保持一致，勾选 Primitives Output Register 会在输出数据后加一级寄存器，输出会落后地址两个时钟，取消勾选则落后一个时钟。
  
• RAM 模块端口定义

信号名称	方向	说明
clka	in	端口A的时钟
wea	in	端口A的写使能
addra	in	端口A的地址输入
dina	in	端口A的数据输入
clkb	in	端口B的时钟
addrb	in	端口B的地址输入
doutb	out	端口B的数据输出

• 写时序图：在 wea 为高，同时 clka 为上升沿时，将数据 dina 写入地址 addra 中。

• 读时序图：clkb 的上升沿时刻读取地址 addrb，并输出该地址对应的数据 doutb。由于是流水线作业，从时序上看，输出的数据 doutb 落后地址 addrb 一个时钟周期。

实验用时序波形

时序图说明：

• wea 置高时，DINA、ADDRA 开始变化，从而开始写入数据，地址为 0 - 511，数据为 10 - 521。
• 写入后的下一时刻便开始读取数据，地址从 0 - 511。

HDL 代码

module RAM#(parameter DATA_DEPTH = 'd512
)(input wire sys_clk_p,input wire sys_clk_n,input wire rst          // 同步低复位
);/**********************************************
*********** IBUFDS 原语
**********************************************/IBUFDS IBUFDS_inst(.O(sys_clk),.I(sys_clk_p),.IB(sys_clk_n));/**********************************************
*********** 实例化 RAM
**********************************************/reg wea;reg [8:0] addra;reg [8:0] addrb;reg [31:0] dina;wire [31:0] doutb;ram_ip inst_ram (.clka(sys_clk),    // input wire clka.wea(wea),      // input wire [0 : 0] wea.addra(addra),  // input wire [8 : 0] addra.dina(dina),    // input wire [31 : 0] dina.clkb(sys_clk),    // input wire clkb.addrb(addrb),  // input wire [8 : 0] addrb.doutb(doutb)  // output wire [31 : 0] doutb);/**********************************************
*********** 输入端信号赋值
**********************************************/// 赋值wea信号always@(posedge sys_clk) beginif(!rst) beginwea <= 1'b0;endelse if(addra == DATA_DEPTH - 1) beginwea <= 1'b0;endelse beginwea <= 1'b1;endend// 赋值dina信号always@(posedge sys_clk) beginif(!rst) begindina <= 32'd10;endelse if(dina >= DATA_DEPTH + 32'd9) begindina <= DATA_DEPTH + 32'd9;endelse if(wea) begindina <= dina + 32'd1;endend// 赋值addra信号always@(posedge sys_clk) beginif(!rst) beginaddra <= 9'd0;endelse if(addra >= DATA_DEPTH - 9'd1) beginaddra <= DATA_DEPTH - 32'd1;endelse if(wea) beginaddra <= addra + 9'd1;endend/**********************************************
*********** 输出端信号赋值
**********************************************/// 赋值addrb信号always@(posedge sys_clk) beginif(!rst) beginaddrb <= 9'd0;endelse beginaddrb <= addra;endend/**********************************************
*********** 实例 ILA
**********************************************/ila_0 inst_ila(.clk(sys_clk), // input wire clk.probe0(wea), // input wire [0:0]  probe0  .probe1(addrb), // input wire [8:0]  probe1 .probe2(doutb) // input wire [31:0]  probe2);
endmodule

仿真

• testbench 代码

module tb_RAM#(parameter DATA_DEPTH = 'd512
)();
/**********************************************
*********** 实例化模块
**********************************************/reg sys_clk_p;wire sys_clk_n;reg rst;RAM #(.DATA_DEPTH(DATA_DEPTH))tb_RAM(.sys_clk_p(sys_clk_p),.sys_clk_n(sys_clk_n),.rst(rst));/**********************************************
*********** 初始化 clk、rst
**********************************************/// 初始化 clkassign sys_clk_n = ~sys_clk_p;initial beginsys_clk_p = 1;forever #2.5 sys_clk_p = ~sys_clk_p;   end// 初始化 rstinitial beginrst = 0;#102.5;rst = 1;endendmodule

• 仿真结果：

综合实现

添加管脚和时序约束后，run synthesis 以及 run implementation，具体步骤可参考：FPGA上板项目（一）——点灯熟悉完整开发流程、ILA在线调试

上板测试

上板测试结果如下：