RAM的兩種應(yīng)用：統(tǒng)計計數(shù)和位寬轉(zhuǎn)換

應(yīng)用1 統(tǒng)計計數(shù)

在進行模塊設(shè)計時，我們經(jīng)常需要統(tǒng)計報文的數(shù)量，以供軟件（or 主機）讀取，有些統(tǒng)計僅僅用于debug，有些統(tǒng)計是協(xié)議要求，有些統(tǒng)計是為了便于功能實現(xiàn)。

當(dāng)需要統(tǒng)計的數(shù)量較多時，為了降低功耗和減少面積，我們通常采用RAM去實現(xiàn)。

如下案例中，統(tǒng)計有效數(shù)據(jù)包的個數(shù)。

假設(shè)數(shù)據(jù)中存在pkt_id，pkt_id為0~63，則ram的深度為64。pkt_id用于作為讀寫地址。RAM讀延時為3個時鐘周期。

有數(shù)據(jù)來臨時，pkt_vld作為讀使能，讀出當(dāng)前包計數(shù)rdata，三個周期后，rdata加1回寫到ram。

如下圖所示：需要有三個注意事項

NOTE1：需要有讀寫保護，因為可能出現(xiàn)連續(xù)4個周期內(nèi)，pkt_vld為1，且pkt_id相同，此時會出現(xiàn)同一個周期對相同的地址進行讀寫，因此需要RAM需要添加讀寫保護模塊，保證數(shù)據(jù)能夠正確寫入，且讀出的都是最新值，否則就會出現(xiàn)統(tǒng)計錯誤。

NOTE2：圖中既有軟件讀、又存在硬件讀，且硬件讀優(yōu)先級更高，軟件讀優(yōu)先級低，因此為了保證軟件讀能夠在有效周期內(nèi)得到響應(yīng)，因此需要在主數(shù)據(jù)流上插入空拍，避免出現(xiàn)軟件讀長時間無法響應(yīng)而產(chǎn)生超時。

應(yīng)用2 位寬轉(zhuǎn)換

在進行模塊設(shè)計時，我們經(jīng)常需要進行數(shù)據(jù)位寬的轉(zhuǎn)換，常見的兩種轉(zhuǎn)換場景有同步時鐘域位寬轉(zhuǎn)換和異步時鐘域位寬轉(zhuǎn)換。本文將介紹異步時鐘域位寬轉(zhuǎn)換

異步時鐘域的位寬轉(zhuǎn)換讀時鐘和寫時鐘屬于兩個時鐘。如下案例中，數(shù)據(jù)位寬由32bit轉(zhuǎn)40bit，寫時鐘頻率156.25MHz，讀時鐘頻率125Mhz，寫數(shù)據(jù)為32bit，讀數(shù)據(jù)位寬為40bit，通過計算得到入口數(shù)據(jù)速率和出口數(shù)據(jù)速率保持一致（156.2532==40125）。

存儲模塊是由寄存器搭建的。那么需要多大存儲模塊呢？32和40的最小公倍數(shù)為160，極限場景下，只需要160bit的寄存器作為存儲就夠了，但是讀操作通常晚于寫操作，并且考慮到時鐘有抖動有偏移，為了避免溢出，稍微增加一部分緩存，我們可以采用320bit作為存儲模塊。因此寫側(cè)32bit寫10次，讀側(cè)40bit讀8次，讀寫兩側(cè)所需的時間相等。

注意事項：寫地址(wr_addr)跳轉(zhuǎn)范圍是09，讀地址(rd_addr)跳轉(zhuǎn)范圍07。

如圖所示：

buff_array為320bit的數(shù)據(jù)存儲。

vld_array為80bit的有效標志位存儲：vld_array[n]為1表示buff_array[4n+3:4n]存在4bit的有效數(shù)據(jù)。

always @(posedge wr_clk or negedge wr_rst_n) begin
  if (~wr_rst_n) begin
    buff_array  <= {DATA_FIFO_DEPTH{1'b0}};
    vld_array <= {VALID_FIFO_DEPTH{1'b0}};
  end else begin
    if (wr_en) begin
        buff_array[ wr_addr*32  +: 32]  <= wr_data_i;
        vld_array[wr_addr*8 +: 8] <= {8{wr_valid_i}};
      end
    end
  end


reg [10-1:0] rd_valid_bus;
reg [40-1:0]  rd_data_bus;
always @(*) begin
  rd_data_bus[40-1:0]  = buff_array[  rd_addr*40  +: 40];
  rd_valid_bus[10-1:0] = vld_array[rd_addr*10 +: 10];
end
integer i;
reg [40-1:0] rd_data_valid_mask;
always @(*) begin
  for(i = 0; i < 40; i = i + 1) begin
      rd_data_valid_mask[i] = rd_valid_bus[i/4];
  end
end
always @(posedge rd_clk or negedge rd_rst_n) begin
  if (~rd_rst_n) begin
    rd_data_o  <= {40{1'b0}};
    rd_valid_o <= 1'b0;
  end else begin
    if (rd_en) begin
      rd_data_o  <= rd_data_bus & rd_data_valid_mask;
      rd_valid_o <= |rd_valid_bus;
    end else begin
      rd_data_o  <= {40{1'b0}};
      rd_valid_o <= 1'b0;
    end
  end
end

審核編輯：湯梓紅