Vivado：ROM和RAM的verilog代碼實現(xiàn)

本文主要介紹ROM和RAM實現(xiàn)的verilog代碼版本，可以借鑒參考下。

一、ROM設計方法

Read-only memory（ROM）使用ROM_STYLE屬性選擇使用寄存器或塊RAM資源來實現(xiàn)ROM，示例代碼如下：

//使用塊RAM資源實現(xiàn)ROM
module rams_sp_rom_1 (
    input clk, 
    input rd_en, 
    input [5:0] rd_addr, 
    output [19:0] dout
);

(*rom_style = "block" *) reg [19:0] data;

always @(posedge clk) begin
    if (rd_en)
        case(rd_addr)
        6'd0: data <= 20'h0200A; 
        6'd1: data <= 20'h00300;
        6'd2: data <= 20'h08101; 
        ......
        6'd32: data <= 20'h00301; 
        default: data <= 20'h00102;
        endcase
end

assign dout = data;

endmodule

二、RAM設計方式

RAM設計方式有很多，可以用BRAM、LUT、分布式RAM、URAM實現(xiàn)，可以使用RAM_STYLE屬性強制規(guī)定使用的資料類型。

• (*ram_style = "block" *)表示用Block RAM實現(xiàn)
• (*ram_style = "reg" *)表示用寄存器實現(xiàn)
• (*ram_style = "distributed" *)表示用分布式 RAM實現(xiàn)
• (*ram_style = "uram" *)表示用uram實現(xiàn)

1、單端口RAM

單端口RAM支持3種不同的讀寫同步模式，解決同時讀寫同一地址的情況，每一個讀、寫端口都可以配置為：

• Write-First模式：新內(nèi)容載入時可以馬上被讀取；
• Read-First模式：新內(nèi)容載入時，先讀取舊的內(nèi)容；
• No-Change模式：新內(nèi)容載入時，不讀取該地址的內(nèi)容（即維持之前的值不變）；

// 數(shù)據(jù)輸出可復位的單端塊RAM，Read_first
module rams_sp_rf_rst (
    input clk, 
    input en, 
    input we, 
    input rst, 
    input [9:0]addr, 
    input [15:0]di, 
    output reg [15:0]dout
);

reg [15:0] ram [1023:0];

always @(posedge clk)
    if (en) begin //塊RAM使能
        if (we) ram[addr] <= di; //寫使能
        if (rst) dout <= 0;   //輸出復位
        else dout <= ram[addr];
    end

endmodule


// 寫優(yōu)先模式的單端塊RAM，Wrist_first
module rams_sp_wf (
    input clk, 
    input en, 
    input we, 
    input [9:0] addr, 
    input [15:0] di, 
    output reg [15:0] dout
);

reg [15:0] ram [1023:0];

always @(posedge clk)
    if (en) begin
        if (we) begin
            RAM[addr] <= di;
            dout <= di;
        end
        else dout <= RAM[addr];
    end

endmodule


// No-Change模式的單端塊RAM
module rams_sp_wf (
    input clk, 
    input en, 
    input we, 
    input [9:0] addr, 
    input [15:0] di, 
    output reg [15:0] dout
);

reg [15:0] ram [1023:0];

always @(posedge clk)
    if (en) begin
        if (we) RAM[addr] <= di;
        else dout <= RAM[addr];
    end

endmodule

3、偽雙端口RAM

// 單時鐘控制，偽雙端塊RAM
module simple_dual_one_clock (
    input clk,
    input ena,
    input enb,
    input wea,
    input [9:0] addra,
    input [15:0] dia,
    input [9:0] addrb,
    output reg [15:0] dob
);

reg [15:0] ram [1023:0];

always @(posedge clk)  //寫
    if (ena) 
        if (wea) ram[addra] <= dia;

always @(posedge clk) 
    if (enb) dob <= ram[addrb];  //讀

endmodule


// 雙時鐘控制，偽雙端塊RAM
module simple_dual_two_clocks (
    input clk,
    input ena,
    input enb,
    input wea,
    input [9:0] addra,
    input [15:0] dia,
    input [9:0] addrb,
    output reg [15:0] dob
);

reg [15:0] ram [1023:0];

always @(posedge clka)  //寫
    if (ena)
        if (wea) ram[addra] <= dia;

always @(posedge clkb)
    if (enb) dob <= ram[addrb];  //讀

endmodule

4、真雙端口RAM

// 帶有兩個寫端口的雙端塊RAM
module rams_tdp_rf_rf (
    input clka,
    input clkb,
    input ena,
    input enb,
    input wea,
    input web,
    input [9:0] addra,
    input [9:0] addrb,
    input [15:0] dia,
    input [15:0] dib,
    output reg [15:0] doa,
    output reg [15:0] dob
);

reg [15:0] ram [1023:0];

always @(posedge clka)      //端口1
    if (ena) begin
        if (wea) ram[addra] <= dia;
        doa <= ram[addra];
    end

always @(posedge clkb)      //端口2
    if (enb) begin
        if (web) ram[addrb] <= dib;
        dob <= ram[addrb];
    end

endmodule


// 帶有可選輸出寄存器的塊RAM
module rams_pipeline (
    input clk1, 
    input clk2, 
    input we, 
    input en1, 
    input en2, 
    input [9:0] addr1, 
    input [9:0] addr2, 
    input [15:0] di, 
    output reg [15:0] res1, 
    output reg [15:0] res2
);

reg [15:0] RAM [1023:0];
reg [15:0] do1;
reg [15:0] do2;

always @(posedge clk1) begin  //端口1可讀可寫
    if (we == 1'b1) RAM[addr1] <= di;
    do1 <= RAM[addr1];
end

always @(posedge clk2)      //端口2只用于讀
    do2 <= RAM[addr2];

always @(posedge clk1)
    if (en1 == 1'b1) res1 <= do1;

always @(posedge clk2)
    if (en2 == 1'b1) res2 <= do2;

endmodule

5、初始化RAM內(nèi)容

初始化RAM可以在HDL源代碼中進行，也可以利用外部數(shù)據(jù)文件設置。

//Verilog初始化為一個值
reg [DATA_WIDTH-1:0] ram [DEPTH-1:0];
integer i;
initial for (i=0; i < DEPTH; i=i+1) ram[i] = 0;

//讀取二進制形式存儲文件
reg [31:0] ram [0:3];
initial begin
    $readmemb("ram.data", ram, 0, 3);
end

//讀取16進制形式存儲文件
reg [31:0] ram [0:3];
initial begin
    $readmemh("ram.data", ram, 0, 3);
end

三、總結(jié)

本文介紹了如何使用Verilog HDL實現(xiàn)ROM和RAM，以及一些常見的設計方法和示例代碼。對于不同類型的存儲器，我們介紹了不同的實現(xiàn)方式，包括分布式RAM、單端口RAM和偽雙端口RAM等。在任何情況下，都要格外注意存儲器的讀寫一致性和正確性，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和正確性。