大家好，又到了每日學習的時間了，今天我們來聊一聊在FPGA設計中RAM的兩種使用方法，RAM是用來在程序運行中存放隨機變量的數據空間，使用時可以利用QuartusII的LPM功能實現RAM的定制。

軟件環境：QuartusII 11.0

操作系統：win7



實現方法一、利用LPM_RAM：

1.首先準備好存儲器初始化文件，即.mif文件。

如何生成mif文件？如下：

mif文件就是存儲器初始化文件，即memory initialization file，用來配置RAM或ROM中的數據。生成QuartusII11.0可用的mif文件，有如下幾種方式：

方法A：利用Quartus自帶的mif編輯器

優點：對于小容量RAM可以快速方便的完成mif文件的編輯工作，不需要第三方軟件的編輯；

缺點：一旦數據量過大，一個一個的輸入會使人崩潰；

使用方法：在quartus中，【file】/【new】，選擇Memory Initialization file，彈出如下窗口：


Number of words：可尋址的存儲單元數，對于8bit地址線，此處選擇256；

words size：存儲單元寬度，8bit；

然后點擊“OK”.


* 在表格中輸入初始化數據；
* 右鍵單擊左側地址值，可以修改地址和數據的顯示格式；
* 表中任一數據的地址=列值+行值，如圖中藍色單元的地址=24+4=28；

對每個單元填寫初始值之后，將文件保存即可。


方法B：利用mif軟件來生成

無論使用什么編輯器，必須保證mif文件的格式如下：冒號左邊是地址，右邊是數據；分號結尾；

DEPTH = 256;

WIDTH = 8;

ADDRESS_RADIX = HEX;

DATA_RADIX = HEX;

CONTENT

BEGIN

0000 : 0000;

0001 : 0000;

0002 : 0000;

……(此處省略一千字*.*)

00FA : 00FF;

00FB : 00FF;

00FC : 00FF;

00FD : 00FF;

00FE : 00FF;

00FF : 00FF;

END;

這里推薦一款mif生成器：Mif_Maker2010.exe，可以百度下載；軟件使用方法見如下：
1.打開軟件，【文件】/【新建】；
2.設置全局參數：




3.生成波形：

以生成正弦波為例：【設定波形】/【正弦波】


4.修改波形：

【手繪波形】/【線條】，鼠標左鍵選擇兩個起點，鼠標右鍵結束，即可繪制任意波形。

繪制完畢后，再次選擇【手繪波形】/【取消手繪】，結束繪制狀態；


5.保存文件。

方法C：使用高級語言

用C語言或者matlab語言等來生成，C語言生成代碼如下：本代碼生成一個正弦波的數據波形，保存在TestMif.mif中。
#include
#include

#define PI 3.141592
#define DEPTH 128 /*數據深度，即存儲單元的個數*/
#define WIDTH 8 /*存儲單元的寬度*/

int main(void)
{
int i,temp;
float s;

FILE *fp;
fp = fopen("TestMif.mif","w"); /*文件名隨意，但擴展名必須為.mif*/
if(NULL==fp)
printf("Can not creat file! ");
else
{
printf("File created successfully! ");
/*
* 生成文件頭：注意不要忘了“;”
*/
fprintf(fp,"DEPTH = %d; ",DEPTH);
fprintf(fp,"WIDTH = %d; ",WIDTH);
fprintf(fp,"ADDRESS_RADIX = HEX; ");
fprintf(fp,"DATA_RADIX = HEX; ");
fprintf(fp,"CONTENT ");
fprintf(fp,"BEGIN ");

/*
* 以十六進制輸出地址和數據
*/
for(i=0;i {
/*周期為128個點的正弦波*/
s = sin(PI*i/64);
/*將-1～1之間的正弦波的值擴展到0-255之間*/
temp = (int)((s+1)*255/2);
/*以十六進制輸出地址和數據*/
fprintf(fp,"%x : %x; ",i,temp);
}//end for

fprintf(fp,"END; ");
fclose(fp);
}
}

驗證生成的數據是否正確：用記事本打開生成的mif文件，同時用Quartus打開mif文件，內容如下：


能成功導入，且數據一致，說明生成正確。

前面的推薦的軟件的使用方法以及mif文件生成完畢后，開始接下來的設計。

本文預先生成了一個正弦波的數據文件，TEST1.mif，可以在QuartusII中打開，以便查看內容：【file】/【open】，在文件類型中選擇memory files，打開TEST1.mif，內容如下：


2.生成LPM_RAM塊

1）在QuartusII中，【tools】/【megawizard plugin manager】，打開向導，選擇【memory compiler】文件夾下的RAM：這里選擇單口RAM，

即：RAM:1-PORT，命名為RAM1P：



2）設置存儲深度為128，數據寬度為8bit、選擇嵌入式M4K RAM實現、使用單時鐘方案：



3）取消選擇“數據輸出鎖存”，不需要時鐘使能端：


4）使用mif初始化該RAM塊、允許“在系統(In System)存儲器讀寫”，并將此RAM的ID設置為RAM1：

* 載入前面生成的存儲器初始化文件：TEST1.mif；
* ID主要用于多RAM系統時，對不同RAM的識別，此處命名為RAM1；
* 關于“在系統存儲器讀寫”的含義，后續會補一片文章，專門介紹該工具的使用；



經過以上設置，即可生成一個名字為RAM1P.v的文件，以后就可以對其進行例化和使用。

3.對RAM1P.v進行例化，就可以使用，例化方法如下：
module TEST(
input [6:0] address,
input clock,
input [7:0] data,
input wren,
output [7:0] q
);

RAM1P RAM1P_inst (
.address ( address ),
.clock ( clock ),
.data ( data ),
.wren ( wren ),
.q ( q )
);

endmodule

推薦使用verilog文本的方式進行例化，十分不贊成用原理圖的方式來例化各個模塊。

生成的RTL圖：



4.對該RAM塊進行仿真，以便了解端口的特性：



* 由于使用的時鐘方案為單時鐘(single clock)，因此無論wren=0還是1，Q都輸出address指定的地址中的數據；可以從verilog描述中看出這是利用assign語句實現的(verilog代碼見下文)。

* 當wren=1時，將數據輸入端data的數據寫入到address指定的存儲單元內。

輸出的數據依次為0x80，0x86，0x8c，0x92……,對比前文所顯示的mif文件內容，可以驗證mif文件已經成功導入；

而接下來輸出的數據0x0c、0x0d、0x0c、0x0c，是在wren=1期間，由數據輸入端data寫入到地址04、05、06、07中的數據；

接下來繼續輸出0xb0、0xb6……，則仍然為mif中對應地址的初始化數據。

說明：在編譯過程中，如果使用cycloneII器件，可能會出現錯誤“Error: M4K memory block WYSIWYG primitive……”，解決辦法為：

【ASSIGNMENTS 】/【 SETTING】，找到如下位置，在name中輸入“CYCLONEII_SAFE_WRITE”，在DEFAULT SETTING中輸入“VERIFIED_SAFE”；

然后點擊add按鈕：






方法二、使用verilog純文本的描述方式：

生成同樣功能的RAM塊，代碼如下：
module RAM1P(
input [6:0] address,
input clock,
input [7:0] data,
input wren,
output [7:0] q
);

(* ram_init_file = "TEST1.mif " *) reg [7:0] mem[127:0];

always@(posedge clock)
if(wren) mem[address] <= data; ?/*在時鐘的上升沿寫入數據*/

assign q = mem[address];
endmodule

注意此時mif文件載入RAM的方法，是利用文本描述的方式實現的，此種方式有一個缺點，就是不能在modelsim中進行仿真：

(* ram_init_file = "TEST1.mif " *) reg [7:0] mem[127:0];

對比兩種方法的優缺點：



經過QuartusII的編譯報告可以看出，方法二比方法一相比，占用了很多的LE，同時還使用了1024個register，故方法二是十分不經濟的，這里給出只是提供一個參考，便于理解LPM_RAM的工作方式，平時應用時，建議使用方法一來構建RAM。

今天就聊到這里，各位， 加油。