FPGA——ROM_fpga rom

ROM
ROM是只读存储器（only read memory）的简称，是一种只能读出事先所存储数据的固态半导体存储器。FPGA中是没有非易性存储器的,ROM ip核其实是使用到FPGA中的RAM资源。在 FPGA 运行时通过数据文件给 ROM 模块初始化，模拟成非易失存储器。
Altera 推出的 ROM IP 核分为两种类型：单端口 ROM 和双端口 ROM。对于单端口ROM 提供一个读地址端口和一个读数据端口，只能进行读操作；双端口 ROM 与单端口ROM 类似，区别是其提供两个读地址端口和两个读数据端口。
一、单端口ROM

1.
本次采用matlab生成一个FPGA所需要的正弦波MIF文件，sin_wave_8x256.mif会生成在你的资源管理器中，把他添加到你的FPGA工程文件下

clc;                    %清除命令行命令
clear all;              %清除工作区变量,释放内存空间
F1=1;                   %信号频率
Fs=2^8;                 %采样频率
P1=0;                   %信号初始相位
N=2^8;                  %采样点数
t=[0:1/Fs:(N-1)/Fs];    %采样时刻
ADC=2^7-1;              %直流分量
A=2^7;                  %信号幅度
%生成正弦信号
s=A*sin(2*pi*F1*t + pi*P1/180) + ADC;
plot(s);                %绘制图形
%创建mif文件
fild = fopen('sin_wave_8x256.mif','wt');
%写入mif文件头
fprintf(fild, '%s\n','WIDTH=8;');           %位宽
fprintf(fild, '%s\n\n','DEPTH=256;');      %深度
fprintf(fild, '%s\n','ADDRESS_RADIX=UNS;'); %地址格式
fprintf(fild, '%s\n\n','DATA_RADIX=UNS;');  %数据格式
fprintf(fild, '%s\t','CONTENT');            %地址
fprintf(fild, '%s\n','BEGIN');              %开始
for i = 1:N
    s0(i) = round(s(i));    %对小数四舍五入以取整
    if s0(i) <0             %负1强制置零
        s0(i) = 0
    end
    fprintf(fild, '\t%g\t',i-1);    %地址编码
    fprintf(fild, '%s\t',':');      %冒号
    fprintf(fild, '%d',s0(i));      %数据写入
    fprintf(fild, '%s\n',';');      %分号，换行
end
fprintf(fild, '%s\n','END;');       %结束
fclose(fild);
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2.
创建ROM IP，数据位宽为8，ROM深度为256

3.
添加初始化MIF文件

4.
生成例化文档

RTL代码

顶层模块rom

module		rom
(
	input	wire			sys_clk		,
	input	wire			sys_rst_n	,
	
	output	wire	[7:0]	rom_data	
);

wire	[7:0]		rom_addr;


rom_ctrl	rom_ctrl_inst
(
	.sys_clk		(sys_clk),
	.sys_rst_n		(sys_rst_n),

	.rom_addr	    (rom_addr)
);


rom_sin	rom_sin_inst (
	.address ( rom_addr ),
	.clock ( sys_clk ),
	.q ( rom_data )
	);


endmodule

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rom_ctrl模块

module	rom_ctrl
(
	input	wire			sys_clk		,
	input	wire			sys_rst_n	,
	
	output	reg		[7:0]	rom_addr	
);

always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n == 1'b0)
		rom_addr <= 8'd0;
	else
		rom_addr <= rom_addr + 1'b1;

endmodule
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testbench

`timescale 1ns/1ns 
module	tb_rom();

reg		sys_clk;
reg		sys_rst_n;


wire	rom_data;

initial
	begin
		sys_clk = 1'b0;
		sys_rst_n <= 1'b0;
		#30
		sys_rst_n <= 1'b1;
	end
	
always	#10 sys_clk = ~sys_clk;


rom		rom_inst
(
	.sys_clk		(sys_clk),
	.sys_rst_n		(sys_rst_n),

	.rom_data	    (rom_data)
);

endmodule

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modelsim仿真结果

由仿真波形数据得正弦波的周期是5120ns，而ROM存储的一个完整正弦波周期也是256*20=5120ns。仿真结果正确

二、双端口ROM

在原来的基础，采用双端口ROM输出两路信号，一路正弦波一路方波。步骤与上诉类似
1.matlab产生MIF文件

clc;                    %清除命令行命令
clear all;              %清除工作区变量,释放内存空间
F1=1;                   %信号频率
Fs=2^8;                %采样频率
P1=0;                   %信号初始相位
N=2^8;                 %采样点数
t=[0:1/Fs:(N-1)/Fs];    %采样时刻
ADC=2^7 - 1;            %直流分量
A=2^7;                  %信号幅度
s1=A*sin(2*pi*F1*t + pi*P1/180) + ADC;          %正弦波信号
s2=A*square(2*pi*F1*t + pi*P1/180) + ADC;       %方波信号
%创建mif文件
fild = fopen('wave_512x8.mif','wt');
%写入mif文件头
fprintf(fild, '%s\n','WIDTH=8;');           %位宽
fprintf(fild, '%s\n\n','DEPTH=512;');     %深度
fprintf(fild, '%s\n','ADDRESS_RADIX=UNS;'); %地址格式
fprintf(fild, '%s\n\n','DATA_RADIX=UNS;');  %数据格式
fprintf(fild, '%s\t','CONTENT');            %地址
fprintf(fild, '%s\n','BEGIN');              %开始
for j = 1:2
    for i = 1:N
        if j == 1       %打印正弦信号数据
            s0(i) = round(s1(i));    %对小数四舍五入以取整
            fprintf(fild, '\t%g\t',i-1);  %地址编码
        end

        if j == 2       %打印方波信号数据
            s0(i) = round(s2(i));    %对小数四舍五入以取整
            fprintf(fild, '\t%g\t',i-1+N);  %地址编码
        end

        if s0(i) <0             %负1强制置零
            s0(i) = 0
        end
        
        fprintf(fild, '%s\t',':');      %冒号
        fprintf(fild, '%d',s0(i));      %数据写入
        fprintf(fild, '%s\n',';');      %分号，换行
    end
end
fprintf(fild, '%s\n','END;');       %结束
fclose(fild);
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RTL代码

顶层模块rom

module		rom
(
	input	wire			sys_clk		,
	input	wire			sys_rst_n	,
	
	output	wire	[7:0]	rom_data	,
	output	wire	[7:0]	sin_d		,
	output	wire	[7:0]	squ_d	
);

wire	[7:0]		rom_addr;
wire	[8:0]		rom_sin_d;
wire	[8:0]		rom_squ_d;


rom_ctrl	rom_ctrl_inst
(
	.sys_clk		(sys_clk),
	.sys_rst_n		(sys_rst_n),

	.rom_addr	    (rom_addr),
	.rom_sin_d		(rom_sin_d),
	.rom_squ_d		(rom_squ_d)
);



rom_double	rom_double_inst (	//双端口ROM
	.address_a ( rom_sin_d ),
	.address_b ( rom_squ_d ),
	.clock ( sys_clk ),
	.q_a ( sin_d ),
	.q_b ( squ_d )
	);


rom_sin	rom_sin_inst (
	.address ( rom_addr ),
	.clock ( sys_clk ),
	.q ( rom_data )
	);


endmodule

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rom_ctrl模块

module	rom_ctrl
(
	input	wire			sys_clk		,
	input	wire			sys_rst_n	,
	
	output	reg		[7:0]	rom_addr	,
	output	reg		[8:0]	rom_sin_d		,
	output	reg		[8:0]	rom_squ_d
);

localparam		SQU_Z = 9'd256;

always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n == 1'b0)
		rom_addr <= 8'd0;
	else	
		rom_addr <= rom_addr + 1'b1;


always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n == 1'b0)
		rom_sin_d <= 9'd0;
	else	if(rom_sin_d == 9'd255)
		rom_sin_d <= 9'd0;
	else
		rom_sin_d <= rom_addr + 1'b1;
		
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n == 1'b0)
		rom_squ_d <= SQU_Z;
	else
		rom_squ_d <= rom_addr + SQU_Z;


endmodule

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testbench

`timescale 1ns/1ns 
module	tb_rom();

reg		sys_clk;
reg		sys_rst_n;


wire	rom_data;
wire	rom_sin_d;
wire	rom_squ_d;

initial
	begin
		sys_clk = 1'b0;
		sys_rst_n <= 1'b0;
		#30
		sys_rst_n <= 1'b1;
	end
	
always	#10 sys_clk = ~sys_clk;


rom		rom_inst
(
	.sys_clk		(sys_clk),
	.sys_rst_n		(sys_rst_n),

	.rom_data	    (rom_data),
	.sin_d			(rom_sin_d),
	.squ_d			(rom_squ_d)
);

endmodule

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