FPGA零基礎(chǔ)學(xué)習(xí)之Vivado-ROM使用教程

作者：李西銳??校對：陸輝

大俠好，歡迎來到FPGA技術(shù)江湖。本系列將帶來FPGA的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，從最基本的數(shù)字電路基礎(chǔ)開始，最詳細(xì)操作步驟，最直白的言語描述，手把手的“傻瓜式”講解，讓電子、信息、通信類專業(yè)學(xué)生、初入職場小白及打算進(jìn)階提升的職業(yè)開發(fā)者都可以有系統(tǒng)性學(xué)習(xí)的機(jī)會。

系統(tǒng)性的掌握技術(shù)開發(fā)以及相關(guān)要求，對個(gè)人就業(yè)以及職業(yè)發(fā)展都有著潛在的幫助，希望對大家有所幫助。本次帶來Vivado系列，ROM使用教程。話不多說，上貨。

ROM使用教程

ROM的英文全稱為Read-Only Memory，即只讀存儲器。可以從任意地址上讀取數(shù)據(jù)，但是不能寫入。那么我們ROM中的數(shù)據(jù)，就需要我們提前存放進(jìn)去，在IP核中，我們可以通過.coe文件進(jìn)行數(shù)據(jù)存放，文件格式我們可以參考Xilinx官方標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)據(jù)文件的格式是固定的，我們在填充數(shù)據(jù)時(shí)，需要嚴(yán)格按照官方的格式進(jìn)行書寫。

在示例文件中，第一行規(guī)定了數(shù)據(jù)的格式，此處規(guī)定的是二進(jìn)制，那么下面的數(shù)據(jù)，我們必須用二進(jìn)制的形式。大家在寫的時(shí)候，規(guī)定什么進(jìn)制就用什么進(jìn)制。數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間用逗號隔開，最后一個(gè)數(shù)據(jù)用分號結(jié)尾。

了解了數(shù)據(jù)文件格式之后，接下來我們提前準(zhǔn)備一個(gè)數(shù)據(jù)文件，以便于后續(xù)我們調(diào)用IP核去使用。寫數(shù)據(jù)文件的方法有很多，在此給大家介紹一種：MATLAB。

我們打開MATLAB之后，首先先選擇一下工作路徑，以便于我們?nèi)フ业轿覀兩傻奈募约氨４嫖覀兊拇a。如圖：

打開如圖所示的圖標(biāo)之后，選擇好工程路徑。

選擇好之后，我們新建腳本文件，然后寫入代碼。

1   data = 0:1:255;2   fid = fopen('sin_data.coe','w');3   fprintf(fid,'memory_initialization_radix = 10;n');4   fprintf(fid,'memory_initialization_vector = n');5   for i = 1:1:10246     fprintf(fid,'%d',round(127*sin(2*pi/1024*i)+127));7     8     if i == 10249       fprintf(fid,';');10    else11      fprintf(fid,',');12    end13    14    if mod(i,1) == 015      fprintf(fid,'n');16    end17  end18  fclose(fid);

寫好代碼，點(diǎn)擊運(yùn)行，即可生成我們想要的.coe文件。數(shù)據(jù)文件準(zhǔn)備好之后，接下來我們就可以調(diào)用IP核了。

首先我們新建一個(gè)工程

在第二步選擇路徑

第三步直接跳過，第四步選擇我們的芯片，芯片型號為XC7A35TFGG484-2。

選中型號之后，點(diǎn)擊Next。

工程新建完成之后，開始新建文件。

首先我們先新建IP核，打開IP Catalog，在窗口搜索block

找到如圖所示選項(xiàng)，然后雙擊打開。

我們在框選的選項(xiàng)中，選擇Single Port ROM。這個(gè)選項(xiàng)中總共有五個(gè)選項(xiàng)。第一個(gè)為單端口RAM，第二個(gè)為偽雙端口RAM，第三個(gè)為真雙端口RAM，第四個(gè)為單端口ROM，第五個(gè)為真雙端口ROM。我們此次使用的是單端口ROM。

圖中框選出了四處，第一處需要我們修改一下數(shù)據(jù)的位寬以及深度，位寬我們默認(rèn)使用8bit，深度為1024。因?yàn)槲覀冊谇懊孀隽艘粋€(gè)數(shù)據(jù)量為1024的.coe文件，所以這里深度改為1024。第二處為數(shù)據(jù)輸出使能，在此我們選擇為Always Enabled。使我們的輸出使能一直有效。第三處為輸出寄存器，輸出會在時(shí)鐘下輸出，導(dǎo)致結(jié)果會慢一拍，在此處我們不需要這個(gè)選項(xiàng)，因此取消勾選。第四處為ROM復(fù)位的設(shè)置，如果有需要，可以進(jìn)行勾選，此處，我沒有使用復(fù)位信號，大家在使用時(shí)自行選擇。

此處我們需要勾選中加載初始化文件的選項(xiàng)，然后點(diǎn)擊Browse找到我們提前生成好的數(shù)據(jù)文件。選擇好之后點(diǎn)擊OK，生成IP核。

直接點(diǎn)擊Generate。

IP核生成好之后，我們新建文件，寫一下我們的地址控制模塊。代碼如下：

1   module addr_ctrl(2     3     input   wire           clk,4     input   wire           rst_n,5     output   reg     [9:0]    addr6   );7 8     always @ (posedge clk, negedge rst_n)9     begin10      if(rst_n == 1'b0)11        addr <= 10'd0;12      else if(addr == 10'd1023)13        addr <= 10'd0;14      else15        addr <= addr + 1'b1;16    end1718  endmodule

然后我們新建頂層文件。寫好端口之后，我們將IP核與地址控制模塊例化到頂層當(dāng)中。

點(diǎn)擊Next，選擇Create File，新建頂層開始寫代碼。

打開IP核例化的頭文件。

復(fù)制粘貼到頂層當(dāng)中。地址控制模塊也同樣進(jìn)行例化。頂層代碼如下:

1   module rom(2     3     input   wire           clk,4     input   wire           rst_n,5     output   wire     [7:0]    q6   );7     8     wire     [9:0]      addr;9     10    addr_ctrl addr_ctrl_inst(11    12    .clk      (clk),13    .rst_n      (rst_n),14    .addr      (addr)  15  );16    17    blk_mem_gen_0 blk_mem_gen_0_inst (18      .clka(clk),    // input wire clka19      .addra(addr),  // input wire [9 : 0] addra20      .douta(q)  // output wire [7 : 0] douta21    );2223  endmodule

代碼寫好之后，保存編譯，沒有錯(cuò)誤，那么我們寫一下仿真看一下仿真波形。

選中新建仿真文件，點(diǎn)擊Next輸入名字。

點(diǎn)擊OK，開始寫代碼。仿真代碼如下：

1   `timescale 1ns / 1ps2 3   module rom_tb;4 5     reg            clk;6     reg            rst_n;7     wire     [7:0]    q;8 9     initial begin10      clk = 0;11      rst_n = 0;12      #105;13      rst_n = 1;14      #10000;15      $stop;16    end17    18    always #10 clk = ~clk;19    20    rom rom_inst(21    22    .clk      (clk  ),23    .rst_n      (rst_n  ),24    .q        (q    )25  );2627  endmodule

代碼寫好之后，打開仿真。

波形窗口打開后，點(diǎn)擊run all讓波形繼續(xù)運(yùn)行

然后看到如圖所示波形。

然后選中輸出q，右鍵選擇wavaform style，然后選擇analog就可以看到我們的數(shù)字信號就變成了模擬信號。

但是此時(shí)波形只有一部分，我們再次點(diǎn)擊run all ，然后點(diǎn)擊break

就可以看到完整的正弦波。

我們的數(shù)據(jù)文件就是做的正弦波，仿真顯示正確。