写在前面的话
在很多时候，我们需要将采集得到的数据先存储起来，等到了需要的时候再调用。如果是这种情况，那么就要求我们的存储器必须可读可写。本节，梦翼师兄就和大家一起学习FPGA可读写存储器IP核-RAM的使用。
项目需求
设计一个RAM控制器，该控制器负责对RAM 进行读写操作，首先将数据写入RAM，然后再将数据全部读出。如果读出的数据和写入的数据完全一致，说明我们的操作和设计正确。
操作步骤
在右侧的IP核搜索区，输入ram，在菜单栏找到并双击【RAM：1-PORT】
选择语言类型为Verilog，并命名，点击【OK】
设置ram的存储深度和每一个存储空间的比特位数，然后点击【NEXT】
把【q output port】前面的对钩取消掉（如果不取消掉就会在输出端口生成寄存器，输出就会慢一拍，这里我们不需要它慢一拍），然后点击【NEXT】
一直点击【NEXT】，直到如下界面，选择my_ram_inst.v，点击【Finish】，完成对ram的设置
顶层架构设计
RAM是可读写的存储器，我们用一个控制模块向ram中写入数据，然后读出。
模块功能介绍
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模块名 |
功能描述 |
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Ram_control |
Ram控制器，对my_ram进行读写 |
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My_ram |
ram存储器IP核 |
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ram |
系统顶层模块，负责子模块级联 |
5.3.6 端口和内部连线描述
顶层模块端口介绍
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端口名 |
端口说明 |
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Clk |
系统时钟输入 |
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Rst_n |
系统复位 |
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q |
数据输出 |
系统内部连线介绍
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连线名 |
连线说明 |
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addr |
Ram_control产生的地址信号 |
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data |
Ram_control产生的数据 |
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wren |
Ram_control产生的读写控制信号（高电平为写，低电平为读） |
5.3.7代码解释
Ram_control模块的代码
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/**************************************************** * Engineer : 梦翼师兄 * QQ : 761664056 * The module function:产生控制信号以及数据 *****************************************************/ 00 module ram_control ( 01 clk, //系统时钟输入 02 rst_n, //系统复位 03 wren, //读写信号 04 addr, //地址信号 05 data //有效数据 06 ); 07 // 模块输入 08 input clk; //系统时钟输入 09 input rst_n;//系统复位 10 // 模块输出 11 output reg wren; //读写信号 12 output reg [7:0] addr;//地址信号 13 output reg [7:0] data;//有效数据 14 //定义中间寄存器 15 reg state; //定义状态寄存器 16 17 always @ (posedge clk or negedge rst_n) 18 begin 19 if (!rst_n) // 复位时，将所有的输出清零。 20 begin 21 wren <= 0; 22 addr <= 0; 23 data <= 0; 24 state <= 0; 25 end 26 else 27 begin 28 case (state) 29 0 : begin 30 if (addr < 255)//使地址在0到255之间，让写信号有效 31 begin 32 addr <= addr + 1; 33 wren <= 1; 34 end 35 else 36 begin 37 addr <= 0;//转到下一个状态，让地址清零，让读信号有效 38 state <= 1; 39 wren <= 0; 40 end 41 42 if (data < 255)// 给有效数据，使数据在0到255之间 43 data <= data + 1; 44 else 45 data <= 0; 46 47 end 48 49 1 : begin 50 if (addr < 255)//使地址在0到255之间，让读信号有效 51 begin 52 addr <= addr + 1; 53 wren <= 0; 54 end 55 else 56 begin 57 state <= 0; //转到0状态，地址清零 58 addr <= 0; 59 end 60 end 61 62 default : state <= 0; // 如果系统不稳定的时候直接进入0状态 63 64 endcase 65 end 66 end 67 68 endmodule |
在本模块中，数据和地址的数值大小是一样的。
Ram的顶层代码
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/**************************************************** * Engineer : 梦翼师兄 * QQ : 761664056 * The module function:顶层模块，负责连接各子模块 *****************************************************/ 00 module ram ( 01 clk, //系统时钟输入 02 rst_n,//系统复位 03 q //输出数据 04 ); 05 // 系统输入 06 input clk; //系统时钟输入 07 input rst_n;//系统复位 08 // 系统输出 09 output [7:0] q;//输出数据 10 //定义中间连线信号 11 wire wren; //定义写信号 12 wire [7:0] addr;// 定义地址信号 13 wire [7:0] data;//定义中间数据 14 // 调用ram_control 15 ram_control ram_control ( 16 .clk(clk), //系统时钟输入 17 .rst_n(rst_n), //系统复位 18 .wren(wren), //读写信号 19 .addr(addr), //地址信号 20 .data(data) //有效数据 21 ); 22 //调用IP核--ram 23 my_ram my_ram_inst ( 24 .address ( addr ), // 地址信号 25 .clock ( clk ), // 系统时钟 26 .data ( data ), // 输入数据 27 .wren ( wren ), //读写信号 28 .q ( q ) //输出数据 29 ); 30 31 endmodule |
本模块只负责连接各个子模块，没有任何的逻辑。代码编写完毕以后，查看RTL视图如下：
由RTL视图可以看出，电路综合以后的结果和我们所设计的系统框图一致，接下来编写测试代码如下：
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/**************************************************** * Engineer : 梦翼师兄 * QQ : 761664056 * The module function:对ram进行测试 *****************************************************/ 00 `timescale 1ns/1ps //时间单位和精度定义 01 module ram_tb; 02 //系统输入 03 reg clk; //系统时钟输入 04 reg rst_n; //系统复位 05 //系统输出 06 wire [7:0] q; //输出数据 07 08 initial begin 09 clk = 1; 10 rst_n = 0; 11 # 200.1 12 rst_n = 1; 13 end 14 15 always # 10 clk = ~clk; //50MHz时钟 16 17 ram ram ( 18 .clk(clk), //系统时钟输入 19 .rst_n(rst_n), //系统复位 20 .q(q) //输出数据 21 ); 22 23 24 endmodule |
仿真分析
复位结束之后，写信号有效，同时给出数据和地址。Ram的q端在写的过程中也会进行慢一拍的输出，这不是错误，这是由Ram内部结构决定的。
注：写数据的过程中，q端也会输出，这是由altera RAM IP核的功能决定的，此处不需要深究。
当写完数据之后，进行读（写信号拉低），同时给出地址，ram在下一拍给出对应地址中的数据。
经过上述的分析，证明我们的ram应用正确。