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小梅哥Xilinx FPGA学习笔记19——IP 核使用之 ROM

作者：知新_RL | 2024-04-11 03:29:58

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小梅哥xilinx

一：章节导读

ROM 是只读存储器（ Read-Only Memory ）的简称，是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除，且资料不会因为电源关闭而消失。而事实上在 FPGA 中通过 IP 核生成的 ROM 或 RAM ，调用的都是 FPGA 内部的 RAM 资源，掉电内容都会丢失（这也很容易解释， FPGA 芯片内部本来就没有掉电非易失存储器单元）。用 IP 核生成的 ROM 模块只是提前添加了数据文件（ .coe 格式），在 FPGA 运行时通过数据文件给 ROM 模块初始化，才使得 ROM 模块像个 “真正”的掉电非易失存储器；也正是这个原因， ROM 模块的内容必须提前在数据文件中写死，无法在电路中修改。

Xilinx 推出的 ROM IP 核分为两种类型：单端口 ROM （ Single-Port Rom ）和双端口

ROM （ Dual-Port 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，基本上可以看做两个单口 RAM 拼接而成。下面是 ROM 不同配置模式存储器的接

口信号图，如下图所示。

在 FPGA 的开发过程中，片上存储器的灵活运用是一项非常重要的开发能力。FPGA 最常用的片上存储器控制器包括 ROM，RAM 和 FIFO。本章将实现一组固定的数据（三角波形表）存储在 FPGA 中使用 IP 核构建的 ROM 中，开发板上电后，系统开始从 ROM 中读出数据，并将数据直接通过并口输出。

二：ROM IP 核配置

2.1 创建 ROM 初始化文件

ROM 作为只读存储器，在进行 IP 核设置时需要指定初始化文件，即写入存储器中的数据，数据要以规定的格式才能正确写入 ROM ，这种格式就是 coe 文件。 coe 是 Vivado 规定的一种文件格式，文件格式示意图，具体见下图。

如上图所示，该文件的格式较为简单，第一行是定义数据的格式，其中 16 表示数据格式为 16 进制，也可将数据格式定义为二进制和八进制，只需将 16 改为 2 或 8 即可。其中第 3 到第 18 行是 16*8bit 大小 ROM 的初始化数据。

2.3 ROM IP 核配置步骤

首先点击1 箭头所指的 IP Catalog ，点击后会出现 IP Catalog 页面；我们在 IP 核的搜索框中搜索 block ，根据筛序，我们双击箭头 3 所指的 RAM & ROM 核“ Block Memory Generator ”。双击之后会出现如下图所示的配置界面。

1 框中我们输入 IP 核的命名，后面实例化 IP 核的时候都是使用的该名字，这里所取的名字最好是和该 IP 核相关，因为本节我们主要讲解 ROM ，所以给该 IP 核取名为 rom_256x8 （ rom 是我们调用的 IP 核， 256 是调用的 IP 核容量， 8 是调用的 IP 核数据位宽。这里这样命名是为了方便识别我们创建的 IP 核类型及资源量）。

2 框我们按默认选中“ Native ”

3 框中选择存储器类型，可供选择的类型有： Single Port RAM （单端口 RAM ）、 Simple Dual Port RAM （简单双口 RAM ）、 True Dual Port RAM （真双口 RAM ）、 Singl Port ROM （单端口 ROM ）、 Doul Port ROM （双端口 ROM ）。这里我们选择“ Single Port Rom ”单端口 ROM 。

4 框在 Algorithm 一栏中可选择用于实现内存的算法，其中 Minimum Area 为最小面积算法； Low Power 为低功耗算法； Fixed Primitives 为固定单元算法。这里我们按默认选择 Minimum Area 即可。设置完之后切换到“ Potr A Options ”页面。

1 框中是设置存储数据的位宽，这里我们设置为 8 位；

2 框中是设置数据深度，所谓深度其实就是个数的选择，即设置的 ROM 可以存储多少个 8 位宽的数据，这里我们设置为 256 ；这样我们设置的 ROM 和最大能存储的数据即为 256 x 8bit 。（注意：设置的容量需大于我们需要写入的数据文件的数据量）

3 框中选择是否创建端口使能信号，这里我们不创建，选择“ Always Enabled ”始终使能。

4 框是选择是否创建输出端口寄存器，若创建了择输出数据则会延后一个时钟输出这里我们不创建。

5 框是选择是否生产复位信号，这里我们不创建。

设置完之后切换到“ Other Options ”页面。

如下图所示，1 框中选项是加载数据文件，即我们前面讲到的 ROM 初始化文件，由于 ROM 是只读存储器，所以我们必须添加 ROM 初始化文件才行。勾选上“ Load Init File ”点击 Browse 进行添加 .coe 初始化文件，文件格式我们之前已经讲解，大家可根据自己想存入的数据进行生成该文件。该页面其余按默认设置即可。

设置完之后切换到“ Summary ”页面。

如下图所示，在“ Summary ”页面，从“ IP Symbol ”窗口可以看到我们最终创建的 ROM 核的端口信号。点击“ OK ”完成 ROM 的创建设置。

创建之后接下来跳出如下图所示界面，我们点击“ Generate ”。

接下来出现如下图所示界面，我们点击“ OK ”完成生成。

如下图所示，生成之后可以在工程中看到我们正常的 IP 核，双击 IP 核可进入配置界面，对 IP 核的相关参数进行更改。

三： ROM核的仿真与调用

3.1 三角波的产生

使用小梅哥生成的三角波的.coe文件然后进行仿真验证，代码如下


`timescale 1ns / 1ps
module blk_mem_gen_0_tb();
 
`define CLK_PERIOD 20
reg clk;
reg [7:0]addr;
integer i = 0;
 
initial clk = 1;
always #(`CLK_PERIOD/2) clk = ~clk;
 
wire [7:0]dout;
 
blk_mem_gen_0 rom (
  .clka(clk),    // input wire clka
  .addra(addr),  // input wire [7 : 0] addra
  .douta(dout)  // output wire [7 : 0] douta
); 
initial begin
    addr = 0;
    #21;
    for(i=0;i<2560;i=i+1)begin
    #`CLK_PERIOD;
    addr = addr + 1'b1;
    end
    #(`CLK_PERIOD * 50);
    $stop; 
end
endmodule

3.2 仿真验证结果

3.3 正弦波的产生

使用小梅哥的精灵软件生成的正弦波的.coe文件然后进行仿真验证。代码同 3.2节

3.4 仿真验证结果

至此rom IP调用仿真完毕 。

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