FPGA中LPM_ROM定制与读出实验

一．实验目的
1.掌握FPGA中lpm_ROM的设置，作为只读存储器ROM的工作特性和配置方法；
2.用文本编辑器编辑mif文件配置ROM，学习将程序代码以mif格式文件加载于lpm_ROM中；
3.在初始化存储器编辑窗口编辑mif文件配置ROM；
4.验证FPGA中mega_lpm_ROM的功能。

二．实验原理
ALTERA的FPGA中有许多可调用的LPM (Library Parameterized Modules)参数化的模块库，可构成如lpm_rom、lpm_ram_io、lpm_fifo、lpm_ram_dq的存储器结构。CPU中的重要部件，如RAM、ROM可直接调用他们构成，因此在FPGA中利用嵌入式阵列块EAB可以构成各种结构的存储器，lpm_ROM是其中的一种。lpm_ROM有5组信号：地址信号address[ ]、数据信号q[ ]、时钟信号inclock、outclock、允许信号memenable，其参数都是可以设定的。由于ROM是只读存储器，所以它的数据口是单向的输出端口，ROM中的数据是在对FPGA现场配置时，通过配置文件一起写入存储单元的。
实验中主要应掌握以下三方面的内容：
1.lpm_ROM的参数设置；
2.lpm_ROM中数据的写入，即LPM_FILE初始化文件的编写；
3.lpm_ROM的实际应用，在实验台上的调试方法。

三．实验步骤
1.建立工程：
A.新建一个存储器初始化（.mif）文件。
B.打开QuartusII，在顶部菜单中选File -> New other files ->memory initialization file ，单击OK，在弹出的对话框中输入字数64和字长8，单击OK，打开存储器初始化编辑窗口。利用View菜单命令，改变地址或字长的显示格式等，选择要编辑的字（反白显示），直接输入内容。然后点File ->save as，在弹出的对话框中选择 “保存在” D:\lpm_rom，输入文件名Mif1，文件名后缀选择.mif，取消最下面一行的Create new project based on this file的选择框的对勾，点击保存完成。
C.打开QuartusII，选File ->New Block Diagram/schematic File单击OK，进入图形输入界面，单击鼠标右键，点Insert ->Symobl…，在libraries库中选择需要的元件，（如果知道元件名称也可以直接输入），在这里我们在Name框中直接输入lpm_rom，点OK，在弹出的窗口中选择VHDL，在What name do you want for the output file? 点Browse，选择元件存放的文件夹D:\lpm_rom，给元件取名lpm_rom0，点击next ，进入LPM_ROM选择对话框，在currently select device family中选择芯片Cyclone III，选宽8位，64字节，选中Dual clock，点next进入下一界面，去掉已打勾的“q”output port，然后点next进入下一界面，点browse，选前面已建立的D: D:\lpm_rom\ Mif1。mif文件，点next -> next，Finish完成lpm_rom0的输入。重复点鼠标右键选Insert Symobl…，在libraries库中择其他需要的input，output引脚。连接到lpm_rom0对应的端口，修改输入引脚名称一个为a[5…0]，时钟名为clk，输出引脚的名称为q[7…0]，然后点save，在弹出的窗口Do you want to create a new project on this file? 回答“是”，点next -> next ，在窗口中选择存入新建的文件夹D:\lpm_rom中，项目名lpm_rom0，lpm_rom0，点next->next，在设备窗口中分别选择：Family为CycloneIII， package为PQFP， Pin count为240， Speed grade为8，点next -> next ->选择EP3C40Q248C8，Finish保存。
D.在快捷键中，点击编译键►完成编译。如果有错误，可返回前面重新检查、修改输入后再次编译，直到看到提示编译成功信息。
2.波形仿真：
A.打开QuartusII，选File File -> New other files -> Vector Waveform File，点击OK进入仿真界面。
B.在左空白处双击左键，在新出现的对话框的Radix中选择Hexadecimal（16进制），点Node Finder点list选中需要仿真的信号，a[5…0]，clk，[7…0]点击OK->OK。
C.加入信号。
D.选仿真需要的时间，点击Edit，选择End time (100 us)。点a[0]，设置为高电平。点clk （10 ns），一般可设置时钟的周期为10-100 us ，End time为1-100 us。
E.保存。系统会自动把后缀加上。
F.仿真。点快捷键仿真。
3.引脚锁定
仿真完成后，选择菜单Assignments-> pins->Location，根据实验电路结构图NO。0和芯片引脚对照表，查出a[5…0]，clk，q[7…0] ，在核心芯片EP3C40Q240C8上所对应的引脚号，进行引脚锁定。引脚锁定后再次编译，点快捷键►编译。
4.下载
将电脑与实验箱通过并口连接接好，点快捷键，在出现的*.sof文件上，选中program/configure点快捷键。即可设计下载到FPGA中。最后是用实验箱进行硬件测试。

四.实验要求
1.实验前认真复习LPM-ROM存储器部分的有关内容。
2.记录实验数据，写出实验报告，给出仿真波形图。
3.通过本实验，对FPGA中EAB构成的LPM-ROM存储器有何认识，有什么收获？

五. 实验结果
1.存储器初始化文件内容：

2.LPM_ROM图形文件：

3.波形仿真结果：

4.引脚锁定结果：

5. 下载到FPGA：

6.FPGA实验板初始化状态：

选择实验电路模式为NO。0，24位数据输出由数码8至数码3显示，6位地址由键2、键1输入，键1负责低4位，地址锁存时钟CLK由键8控制，每一次上升沿，将地址锁入，数码管8/7/6/5/4/3将显示ROM中输出的数据。发光管8至1显示输入的6位地址值。
例如：当由键2、键1输入的地址为000001时，数码管3显示000001F，表示读取的数据为十进制的1；当由键2、键1输入的地址为010001时，数码管3显示000011FF，表示读取的数据为十进制的17。由此可见，本次实验成功地验证了FPGA中mega_lpm_ROM的功能。
六．思考题
1.如何在图形编辑窗口中设计LPM-ROM存储器？怎样设计地址宽度和数据线的宽度？
答：进入图形输入界面，双击鼠标左键，在Name框中输入lpm_rom，点OK，在弹出的窗口中选择VHDL，在What name do you want for the output file?中点Browse，选择元件存放的文件夹D:\lpm_rom，给元件取名lpm_rom0，点击next，进入LPM_ROM选择对话框，在currently select device family 中选择芯片Cyclone III，选宽8位，64字节。
2.怎样导入LPM-ROM的设计参数文件和存储LPM-ROM的设计参数文件？
答：点next进入下一界面，去掉已打勾的“q”output port，点next进入下一界面，点browse，选前面已建立的D: D:\lpm_rom\ Mif1。mif文件，点next->next，最后点击Finish完成lpm_rom0的输入。
3.怎样对LPM-ROM的设计参数文件进行软件仿真测试？
答：选File File->New other files->Vector Waveform File，点击OK进入仿真界面。在左空白处双击左键，在新出现的对话框的Radix中选择Hexadecimal（16进制），点Node Finder点list选中需要仿真的信号：a[5…0]，clk，[7…0]点击OK。加入信号，选仿真需要的时间，点击Edit，设置End time为100 us。设置A组信号的变化为从0-63（十进制），每隔10us变化一次，同时设置时钟的周期为20us。保存，点快捷键仿真。
4.怎样在实验台上对LPM-ROM进行测试？
答：仿真完成后，选择菜单Assignments->pins->Location，根据实验电路结构图NO。0和芯片引脚对照表，查出a[5…0]，clk，q[7…0]，在核心芯片EP3C40Q240C8上所对应的引脚号，进行引脚锁定。引脚锁定后再次编译，点快捷键►编译。将电脑与实验箱通过并口连接接好，点快捷键，在出现的*.sof文件中选中program/configure点快捷键即可将设计下载到FPGA中，最后用实验箱进行硬件测试。
七．心得体会
1.本次实验是这学期计组实验的第一次实验。通过本次实验，我初步掌握了FPGA中lpm_ROM的设置，复习了课本中只读存储器ROM的工作特性。
2.通过本次实验，我学会了用文本编辑器编辑mif文件配置ROM，将代码以mif格式文件加载于lpm_ROM中；
3.通过本次实验，我学会了如何将配置文件下载到FPGA中并进行硬件验证。
4.虽然实验中遇到了很多困难，如电路图少连了线、引脚分配错误、USB-Blaster数据线有问题，板子内部原因等等，但最终仍在老师的指导下成功完成了实验。

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