FPGA設(shè)計中BRAM的知識科普

FPGA設(shè)計中，BRAM是一項非常關(guān)鍵的內(nèi)置存儲資源，F(xiàn)PGA開發(fā)需要熟練使用BRAM，今天再復(fù)習(xí)一下BRAM的知識，包括BRAM的定義、組成、應(yīng)用等等。

一、BRAM介紹

1、BRAM的定義

RAM是Random Access Memory，也就是隨機訪問數(shù)據(jù)存儲器，RAM的內(nèi)部是一個一個小內(nèi)存單元(可以看成是一個小格子)組成。

每個內(nèi)存單元都對應(yīng)一個地址編號。

當(dāng)我們需要讀寫數(shù)據(jù)時，就訪問對應(yīng)的內(nèi)存單元地址，很快地把數(shù)據(jù)寫入或者讀取出來。

BRAM是Block RAM，也就是FPGA中專用RAM資源，固定分布在FPGA內(nèi)部的特定位置。

分布式RAM（Distributed RAM或DRAM）是由FPGA的LUT邏輯資源組合而成。

2、BRAM的組成

BRAM在FPGA實際對應(yīng)的資源是RAMB36E1和RAMB18E1。

（1）RAMB36E1

RAMB36E1是一種具有36KB容量的Block RAM，由兩個獨立的18KB BRAM（Block RAM，RAMB18E1）組成。

一個36K的Block Memory可以配置成4種情形：

• 全部用于配置成36KB的BRAM；
• 全部用于配置成36KB的FIFO；
• 配置成18KB的BRAM和18KB的BRAM；
• 配置成18KB的BRAM和18KB的FIFO；

這里需要注意的是，不能配置成兩個18KB的FIFO，因為一個Block Memory中間有一個FIFO Logic結(jié)構(gòu)，它用于生成FIFO控制信號，包括讀/寫地址等，由于它只有1個且不能共享，所以最多只能配置一個FIFO。

（2）RAMB18E1

RAMB18E1是一種具有18KB容量的Block RAM，是Xilinx FPGA重要的內(nèi)置Block RAM配置模塊，提供高速的同步存儲訪問能力。

（3）FPGA的BRAM數(shù)量

BRAM資源是FPGA中非常重要的資源，不同型號FPGA芯片的BRAM數(shù)量不一樣，以xilinx kintex 7系列為例。

（4）FPGA的BRAM性能

不同F(xiàn)PGA型號，是否嵌入輸出寄存器，決定了BRAM運行的時鐘頻率上限。

二、BRAM的應(yīng)用

1、ROM

BRAM可以實現(xiàn)ROM功能，只支持讀不支持寫，只需在定義IP和調(diào)用IP時，初始化ROM值即可。

（1）單端口ROM（Single-port ROM）

只有一個端口可讀，應(yīng)用于程序代碼存儲、初始化ROM。

（2）雙端口ROM（Dual-port ROM）

有兩個獨立的讀數(shù)據(jù)端口，常用于在兩個處理器/系統(tǒng)之間共享的單 ROM。

2、RAM

（1）單端口RAM（Single-port RAM）

只有一個端口，這個端口支持讀數(shù)據(jù)或者寫數(shù)據(jù)。

（2）簡單雙端口ROM（Simple Dual-port RAM）

有兩個端口A和B，A端口支持寫，B端口支持讀。

（3）真雙端口ROM（Simple Dual-port RAM）

有兩個端口A和B，每個端口都支持讀和寫。

3、FIFO

FIFO可以通過BRAM來實現(xiàn)先進先出功能，有兩種類型：同步fifo和異步fifo。

三、總結(jié)

BRAM是FPGA內(nèi)部專用的存儲資源，性能優(yōu)異但數(shù)量有限，每一個BRAM是36Kb大小，也可以配置成2個18Kb的BRAM，BRAM可以用來實現(xiàn)多種不同位寬和深度的RAM/ROM/FIFO，在FPGA中應(yīng)用非常廣泛和靈活。

使用BRAM可以實現(xiàn)FPGA芯片內(nèi)部的高速緩存、流水線等功能。合理利用這一硬件資源可以顯著優(yōu)化FPGA設(shè)計。