FPGA從Xilinx的7系列學(xué)起（5）

2. 最基本的BlockRAM

2.1 BlockRAM的初探

BlockRAM資源對FPGA來說也是非常重要的，我們的很多設(shè)計用到了BlockRAM以后，可以變得設(shè)計非常靈活，這樣我們就可以設(shè)計出很多高效能的應(yīng)用。了解BlockRAM的一些情況，對我們來說也是一個很重要的事情。

大家都知道，每個FPGA設(shè)計需要一定的內(nèi)存資源。一般來說，相對于DDR來說小一點的空間，我們都是通過頻繁調(diào)用的塊RAM實現(xiàn)的。所有7系列的FPGA都具有相同架構(gòu)的BlockRAM，每一塊BlockRAM是36KB大小的真正的雙端口存儲器，經(jīng)常被我們用來構(gòu)建FIFO，大量的數(shù)據(jù)存儲以及有限狀態(tài)機(jī)，同時7系列有專用硬件，可以將BlockRAM轉(zhuǎn)換成FIFO，供大家在設(shè)計的時候使用。

因為7系列器件具有相同的BlockRAM資源，這使得我們的設(shè)計能夠快速的在7系列之間切換。他們和Virtex-6使用了相同的RAM資源，這樣我們也可以方便的把Virtex-6中的設(shè)計升級到7系列中。

7系列的BlockRAM的時鐘頻率可以達(dá)到600MHz，這種結(jié)構(gòu)包括輸出寄存器，讓更快的輸出時鐘速度，但是，對不起，它會增加延遲。每個RAM塊具有獨立的讀和寫端口、寬度，每個端口具有它自己的時鐘和不同的讀寫位寬比例。 XILINX的Block RAM中包括一個可配置的端口位寬長寬比功能，這樣做的好處，就是允許每個Block RAM端口有一個自定義的位寬。這有助于用戶使用BlockRAM實現(xiàn)更多的應(yīng)用，而不是需要我們在BRAM外作額外的邏輯來處理位寬差異，增強(qiáng)了用戶的使用效率。舉一個簡單的例子，用戶給端口A可以寫數(shù)據(jù)，并且按照字節(jié)加上使用的奇偶校驗位，那么用戶可以從端口A讀出的數(shù)據(jù)不帶任何校驗信息，但是從B端口，用戶可以選擇位寬16位，但是帶2位的奇偶校驗，也可用選擇位寬32位，但是帶4位的奇偶校驗位?；旧希磥碛脩羰褂肂lockRAM的時候會使用到有很多關(guān)于這方面的配置比例問題，以及如何配置用戶的端口寬度的靈活性。每塊XILINX的BlockRAM都可以用作真雙端口存儲器，簡單雙端口或單端口配置，這個在生成IP核的時候會遇到。

BlockRAM也可級聯(lián)的，這意味著它們可以被連接在一起，形成更大的存儲空間（包括BlockRAM，也包括FIFO）。和Virtex-6的BlockRAM類似，7系列的BlockRAM也有一個字節(jié)寫使能信號，這對那些要使用MicroBlaze的用戶來說，他們可以在比特流配置過程中初始化塊存儲器內(nèi)容。那么，如果用戶在運行復(fù)位時，僅僅只能復(fù)位就寄存器的內(nèi)容，而不能復(fù)位BlockRAM的內(nèi)容。當(dāng)然，只要用戶想要復(fù)位存儲器的內(nèi)容，只要重新寫入新的數(shù)據(jù)即可。

和Virtex-6一樣，7系列的BlockRAM有ECC功能能夠修正錯誤的bit信息。這是專門的硬件電路來實現(xiàn)的，不需要用戶進(jìn)行相關(guān)邏輯代碼來實現(xiàn)。另外，7系列的BlockRAM和Virtex-6的不同在于，7系列需要專門的電源來給BlockRAM提供電源。如果用戶使用7系列的-1L速度等級，要注意正確的操作，-1L的核心電壓有所降低，但是BlockRAM的供電需求沒有降低。沒有使用的BlockRAM通過配置比特流自動斷電，這減小了FPGA總功率，這一點在追求低功耗的應(yīng)用上，考慮使用。

每塊7系列的BlockRAM大小為36Kb的，但是允許每個BlockRAM塊被分割成2個18Kb存儲空間。但是18Kb的存儲塊不能被進(jìn)一步分割。這樣就保證了BlockRAM的有效使用，也增加了靈活性。這個功能非常有意思，因為它能夠保證你不會浪費你的BlockRAM存儲器，讓你享受到仿佛更多的存儲空間，用戶可以用它來傳遞不同時鐘域的數(shù)據(jù)，可以用來作為FIFO, 至于怎么用，用戶可以根據(jù)需求雕琢一下即可。
用戶只要想把FPGA功能發(fā)揮到極致，建議必須考好考慮XILINX給提供的這個功能。這一點與Spartan-6和Virtex-6不同，用戶使用時要注意。

2.2 7系列BlockRAM資源的小結(jié)

對7系列的FPGA的BlockRAM做一個簡單的總結(jié)：

7系列都具有相同的BlockRAM架構(gòu)；可以實現(xiàn)完全同步操作，所有輸出鎖存；可選內(nèi)部流水線寄存器，提高工作頻率；兩個獨立的端口訪問存儲數(shù)據(jù)，包括獨立的地址，時鐘，寫使能，時鐘使能，獨立的數(shù)據(jù)寬度；IP核配置時，有多個配置選項：真正的雙端口，簡單雙端口，單端口；可以級聯(lián)，生成更大的存儲空間；按照字節(jié)使能；專用電路高效配置電路；具有ECC功能；獨立Vbram供電，但是要注意-1L BlockRAM存儲器供電電源的使用。