基于FPGA的雙口RAM實現(xiàn)及應用

1、基于fpga的雙口ram實現(xiàn)及應用隨著技術的飛快進展，大量的高速數(shù)據(jù)采集和在線測試對現(xiàn)代工業(yè)測控系統(tǒng)和儀器儀表的功能和性能提更高要求。cpu并行工作(雙系統(tǒng))方式得到廣泛應用。為了使2個單片機能夠迅速有效交換信息，充分利用系統(tǒng)資源，采納雙口ram實現(xiàn)存儲器分享是目前較為流行的辦法。大容量、高速器件具有集成度高、體積小、靈便可重配置、試驗風險小等優(yōu)點，在復雜數(shù)字系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。數(shù)字設計采納l片fpga器件、存儲設備和一些電氣接口匹配電路的解決計劃已成為主流挑選計劃。用fpga來實現(xiàn)雙口ram的功能可以很好地解決并行性和速度問題，而且其靈便的可配置特性使得基于fpga的雙口ram易于舉

2、行修改、測試及系統(tǒng)升級，可降低設計成本，縮短開發(fā)周期。1 雙口ram簡介雙口ram是在1個sram存儲器上具有兩套徹低自立的數(shù)據(jù)線、地址線和讀寫控制線，并允許兩個自立的系統(tǒng)同時對其舉行隨機性拜訪的存儲器，即分享式多端口存儲器。雙口ram最大的特點是存儲數(shù)據(jù)分享。1個存儲器配備兩套自立的地址、數(shù)據(jù)和控制線，允許兩個自立的cpu或控制器同時異步地拜訪存儲單元。由于數(shù)據(jù)分享。則必需具有拜訪仲裁控制。內(nèi)部仲裁規(guī)律控制提供以下功能：對同一地址單元拜訪的時序控制；存儲單元數(shù)據(jù)塊的拜訪權(quán)限分配：信令交換規(guī)律(例如中斷信號)等。雙口ram可用于提高ram的吞吐率，適用于實時數(shù)據(jù)緩存。cy7c006a是公司生產(chǎn)

3、的16 kb×8高速雙口靜態(tài)ram，存取速度小于20 ns。該器件具有真正的雙端口，可以同時舉行數(shù)據(jù)存取，兩個端口具有自立的控制信號線、地址線和數(shù)據(jù)線，另外通過主從挑選可以便利地擴存儲容量和數(shù)據(jù)寬度。通過器件的信號量標記器，左、右兩端口可以實現(xiàn)器件資源分享。2 雙口ram在fpga中的實現(xiàn)本設計采納自頂而下的設計思想。選用公司的spartan-6 fpga器件，基于低功耗45 nm、9-金屬銅層、雙柵極氧化層工藝技術，提供高級功耗管理技術，150 000個規(guī)律單元，集成式pci express模塊，高級存儲器支持。250 mhz slice和3125 gbs低功耗。通過 hdl語言對

4、雙口ram功能的描述就能在一片fpga器件內(nèi)實現(xiàn)8位16字節(jié)的雙口ram，并舉行讀寫操作控制。雙口ram讀寫操作控制verilog hdl代碼如下：圖1是雙口ram的verilog hdl代碼在xilinx ise中綜合后的寄存器傳輸級。功能的是xilinx公司已經(jīng)建立自己的編譯庫的modelsim xe62c軟件，仿真結(jié)果2所示，滿足設計要求。經(jīng)xilinx ise軟件綜合實現(xiàn)設計，生成可下載的比特流，將其下載到fpga中，實現(xiàn)雙口ram的功能。fpga器件內(nèi)部具有豐盛的資源，可以在實現(xiàn)雙口ram基本功能的基礎上。滿足系統(tǒng)設計的其他需求，且靈便可配置。3 基于fpga的雙口ram應用雙口ra

5、m在數(shù)字系統(tǒng)中應用廣泛。高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，普通的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)量狀況下會造成數(shù)據(jù)阻塞現(xiàn)象。在一些實時控制場合，實時算法常常需要由幾個dsp串行或并行工作以提高系統(tǒng)的運行速度和實時性。以雙口ram構(gòu)成的數(shù)據(jù)接口可以在兩個處理器之間舉行高速牢靠的信息傳輸。此外，雙口ram可以應用在智能適配卡、網(wǎng)絡適配卡中作為高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌凇Ｔ谠S多寬帶信號處理領域(如無線通信、多媒體系統(tǒng)、衛(wèi)星通信、雷達系統(tǒng)等)，fpga技術已代替dsp實現(xiàn)許多前端的數(shù)字信號處理算法。用fpga來實現(xiàn)數(shù)字信號處理能很好地解決并行性和速度問題，而且其靈便的可配置特性，使得fpga構(gòu)成的數(shù)字信號處理系統(tǒng)易于修改、測試及系統(tǒng)升

6、級，降低設計成本，縮短開發(fā)周期。任何一種自動控制系統(tǒng)都離不開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的質(zhì)量挺直影響整體系統(tǒng)的工作性能。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)高速、實時進展趨勢，對數(shù)據(jù)的傳輸和控制速度提出較高要求。而采納雙口ram可有效提高速度，解決速度匹配問題。設計l塊數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)板，用fpga實現(xiàn)雙口ram功能，并且控制ad采樣與轉(zhuǎn)換，以及數(shù)據(jù)寫入雙口ram。利用單片機控制雙口ram的存取，構(gòu)成一個自立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并可以通過串行接口把數(shù)據(jù)發(fā)送給pc機。圖3為其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。首先，時鐘產(chǎn)生啟動信號，fpga向采樣開關發(fā)出選通信號，選定模擬開關采樣，第0路模擬量進入，經(jīng)ad轉(zhuǎn)換后變?yōu)?位數(shù)字量并存儲于雙口ram中，

7、0809反饋給fpga內(nèi)控制電路并告訴轉(zhuǎn)換完畢，fpga內(nèi)控制電路再選通第1路模擬量進入，重復上述過程。經(jīng)過01 ms后，時鐘又產(chǎn)生一個脈沖啟動信號。fpga又重新從第o路模擬量選通。在時鐘脈沖信號01 ms過程中，fpga挨次通過07路模擬開關，在每次選通時須推斷是否為第7路模擬量，若是則fpga不再響應ad反饋信號，而是等待01ms的時鐘脈沖信號到達再重新開頭工作。單片機用于與外部pc機通信，pc機查詢是否在雙端口ram中有新數(shù)據(jù)，并經(jīng)接口電路讀人數(shù)據(jù)。其中雙口ram具有2組自立的數(shù)據(jù)、地址和控制總線，可對任何一個端口舉行自立的操作。若未采納雙口ram，fpga實行中斷方式對cpu傳輸數(shù)據(jù)時，cpu就會停止當前工作而去處理外部哀求，當處理完外部大事后再回到本來被中止處，繼續(xù)本來的工作，這樣會影響cpu的速度。因此引入雙口ram存儲fpga傳送來的數(shù)據(jù)，然后cpu再從雙口ram中讀數(shù)，從而提高效率。本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采納基于fpga雙口ram、單片機等實現(xiàn)數(shù)據(jù)運行處理和控制功能，使系統(tǒng)的通信和處理能力大大加強，保證了系統(tǒng)的實時性，可以靈便地通過多種方式控制數(shù)據(jù)讀寫。4 結(jié)束語本文充分利用fpga內(nèi)部豐盛的硬件資源和verilog hdl語言的靈便