前言

本实验的主要内容是介绍如何使用 FPGA内部的RAM以及程序对该RAM数据的读写操作。Vivado软件中提供了RAM的IP核 , 我们只需通过IP核例化一个RAM，根据RAM的读写时序来写入和读取RAM中存储的数据。

一、添加RAM IP核

首先创建一个名为ram_test的工程，具体的步骤可以参见：Vivado软件的使用——以led的交替闪烁为例。
新工程到下图所示的界面后点击Finish即可完成工程的创建。

工程创建完成后依次按照下图中的序号找到Block Memory Generator双击打开。

弹出如下对话框，在该界面中修改部分参数。

需要修改Component Name和Memory Type这两个部分，修改后如下图所示。

其中 Memory Type 选择的Simple Dual Prot RAM是伪双口RAM，它是最常用的，因为它有两个端口，输入和输出信号是独立的。
Simple Dual Prot RAM模块端口说明如下表。

RAM 的数据写入和读出都是按时钟的上升沿操作的，端口 A 数据写入的时候需要置高wea信号，同时提供地址和要写入的数据。而端口B是不能写入数据的，只能从 RAM 中读出数据，只要提供地址就可以了，一般情况下在下一个周期就可采集到有效的数据。
切换到Port A Options下依次修改数据宽度、深度以及使能管脚，修改后如下图所示。

接着切换到 Port B Options下，将使能管脚 Enable PortType 改为 Always Enable ，也可不修改保持默认Use ENB Pin ，相当于读使能信号，再把 Primitives Output Register取消勾选，其功能是在输出数据上加寄存器，这可以有效改善时序，但读出的数据会落后地址两个周期，因此在很多情况下，不用这项功能，保持读出的数据落后地址一个周期即可。

到这里，需要修改的部分已经完成了，其他各选项下的参数保持默认即可，点击OK按钮，弹出如下对话框。

点击Generate就可以生成RAM IP。

二、编写测试程序

编写测试程序来测试RAM的功能，我们向RAM的端口A写入一串连续的数据，且只写一次，并从端口B中读出，使用逻辑分析仪查看数据。
新建名为ram_test的Verilog文件，依次按照下图中标注的序号进行即可。

在新建好的ram_test.v中写入如下代码。

//该代码由正点原子提供
`timescale 1ns / 1psmodule ram_test(input clk,                 //50MHz时钟input rst_n                    //复位信号，低电平有效 );reg       [8:0]       w_addr;         //RAM PORTA写地址
reg     [15:0]      w_data;         //RAM PORTA写数据
reg                 wea;            //RAM PORTA使能
reg     [8:0]       r_addr;         //RAM PORTB读地址
wire    [15:0]      r_data;         //RAM PORTB读数据//产生RAM PORTB读地址
always @(posedge clk or negedge rst_n)
beginif(!rst_n) r_addr <= 9'd0;else if (|w_addr)           //w_addr位或，不等于0r_addr <= r_addr+1'b1;elser_addr <= 9'd0;
end//产生RAM PORTA写使能信号
always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin   if(!rst_n) wea <= 1'b0;else beginif(&w_addr)           //w_addr的bit位全为1，共写入512个数据，写入完成wea <= 1'b0;                 else               wea   <= 1'b1;        //ram写使能end
end //产生RAM PORTA写入的地址及数据
always@(posedge clk or negedge rst_n)
begin   if(!rst_n) beginw_addr <= 9'd0;w_data <= 16'd1;endelse beginif(wea)                   //ram写使能有效begin        if (&w_addr)         //w_addr的bit位全为1，共写入512个数据，写入完成beginw_addr <= w_addr ;    //将地址和数据的值保持住，只写一次RAMw_data <= w_data ;endelsebeginw_addr <= w_addr + 1'b1;w_data <= w_data + 1'b1;endendend
end //实例化RAM
ram_ip ram_ip_inst (.clka      (clk),         // input clka.wea       (wea),        // input [0 : 0] wea.addra     (w_addr),     // input [8 : 0] addra.dina      (w_data),     // input [15 : 0] dina.clkb      (clk),        // input clkb.addrb     (r_addr),     // input [8 : 0] addrb.doutb     (r_data)      // output [15 : 0] doutb
);//实例化ila逻辑分析仪
ila_0 ila_0_inst (.clk  (clk), .probe0  (r_data), .probe1   (r_addr)
);endmodule

其中实例化RAM部分的代码来自ram_ip中的ram_ip.veo文件，不过需要将括号内的参数做一修改。

三、添加ILA

我们还需要添加ILA，其添加过程可参见：使用Vivado软件进行硬件调试。
探针的数量这里设置为2，即数据和地址两个探针。

这里每个探针的位数按照代码中的分配，r_data是16位，r_addr是9位。

对应的代码如下。

reg      [8:0]       r_addr;         //RAM PORTB读地址
wire    [15:0]      r_data;         //RAM PORTB读数据

点击OK后在弹出的对话框中生成IP，耐心等待其完成！

实例化ila逻辑分析仪部分的代码来自ila_0中的ila_0.veo文件，不过需要将括号内的参数做一修改。

四、分配管脚

本实验中需要分配管脚的只有时钟信号clk(管脚为U18)和复位信号rst_n(管脚为N15)，按照下图中的数字顺序即可完成管脚的分配。

管脚分配完成后Ctrl+S保存，名称与工程名保持一致。

管脚分配的信息在下图圈中的文件中。

五、Simulator仿真

Simulator仿真创建文件的过程可参见：Vivado中Simulator仿真软件的使用。
按照下图中的顺序新建TB文件。

在tb_ram_test.v文件中写入如下代码。

//该代码由正点原子提供
`timescale 1ns / 1psmodule vtf_ram_tb;
// Inputs
reg clk;
reg rst_n;// Instantiate the Unit Under Test (UUT)
ram_test uut (.clk  (clk),      .rst_n  (rst_n)
);initial
begin// Initialize Inputsclk = 0;rst_n = 0;// Wait 100 ns for global reset to finish#100;rst_n = 1;       endalways #10 clk = ~ clk;   //20ns一个周期，产生50MHz时钟源endmodule

保存代码后选择SIMULATION下的Run Simulation，选择第一个行为仿真。
将所有代码中定义的信号拖入到波形仿真窗口，设置仿真时间为1000ns，运行后结果如下图所示。

由仿真结果可知，RAM 的数据写入和读出都是按时钟的上升沿操作的，数据写入的时候需要置高wea信号，在下一个周期就可采集到有效的数据。

六、硬件调试

连接开发板，点击Generate Bitstream生成比特流文件，将其下载到开发板上。

下载后弹出如下窗口，设置r_addr的初始数值为000，然后点击运行按钮，得到如下波形，将游标移动到红线附近并放大得到下图。

由上图可以看到 r_addr 不断地从0 累加到 1f f，随着 r_addr 的变化，r_data 也在变化，而r_data的数据正是我们写入到RAM中的 512个数据。
这里需要注意 r_addr出现新地址时， r_data对应的数据要延时两个时钟周期才会出现，数据比地址晚两个时钟周期出现，这与仿真的结果是一致的。

总结

以上就是ZYNQ之FPGA 片内RAM读写测试实验的所有内容了，本实验较为综合，包括了前面介绍过的建工程、编写Verilog代码、例化IP核、仿真和硬件调试等内容，注意这些部分在该流程中的顺序和作用。
本文参考资料：正点原子–course_s1_ZYNQ那些事儿-FPGA实验篇V1.06.pdf

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