FPGA的ROM初始化問(wèn)題討論
在一些需要特殊運(yùn)算的應(yīng)用電路中,只讀存儲(chǔ)器ROM是關(guān)鍵元件,設(shè)計(jì)人員通常利用ROM創(chuàng)建各種查找表,從而簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì),提高電路的處理速度和穩(wěn)定性。FPGA是基于SRAM的可編程器件。掉電后FPGA上的配置信息將全部丟失,所以由FPGA構(gòu)造的數(shù)字系統(tǒng)在每次上電后要依賴(lài)于外部存儲(chǔ)器來(lái)主動(dòng)配置或在線被動(dòng)配置。真正意義上的ROM應(yīng)具有掉電后信息不丟失的特性,因此利用FPGA實(shí)現(xiàn)的ROM只能認(rèn)為器件處于用戶(hù)狀態(tài)時(shí)具備ROM功能。使用時(shí)不必要刻意劃分,而ROM單元的初始化則是設(shè)計(jì)人員必須面對(duì)的問(wèn)題。本文討論FPGA的ROM初始化問(wèn)題,詳細(xì)介紹mit文件的創(chuàng)建與使用。
2 基于FPGA的ROM的實(shí)現(xiàn)
基于MAX+PLUSⅡ軟件平臺(tái),F(xiàn)PGA可編程器件實(shí)現(xiàn)ROM功能比較簡(jiǎn)單。只需運(yùn)行MAX+PLUSⅡ,選擇圖形輸入,在新建頁(yè)的空白處雙擊并在彈出的對(duì)話框中選擇d:\maxplus2\max2lib\mega_lpm,調(diào)用軟件提供的參數(shù)可調(diào)庫(kù)(mega_lpm),找出參數(shù)化ROM宏模塊(lpm_rom),如圖1所示。表1列出lpm_ROM宏模塊的端口及參數(shù)設(shè)置。
根據(jù)需要選擇必要的Address[]、q[]兩個(gè)端口創(chuàng)建加法運(yùn)算的查找表。引入lpm_ROM宏模塊后,一定要把LPM_ADDRESS_CONTROL設(shè)置為″UNREGISTERED″,否則編譯報(bào)錯(cuò)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用了Altera公司的FLEX10K系列的FPGA(EPF10K10LC84-4),其模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示?!?/p>
引入lpm_ROM宏模塊后,開(kāi)始ROM的初始化,這是運(yùn)用lpm_ROM宏模塊做為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。ROM初始化就是要在對(duì)應(yīng)的地址賦初始值以實(shí)現(xiàn)查找表的功能。在系統(tǒng)編譯之前一定要先設(shè)置LPM_FILE參數(shù)。實(shí)際上就是要加入一個(gè)mif文件或hex文件。以下詳細(xì)討論在MAX+PLUSⅡ環(huán)境下mif文件的創(chuàng)建和使用。
3 lpm_ROM初始化及mif文件
3.1 mif文件的格式及創(chuàng)建
3.1.1 mif文件格式
mif文件是在編譯和仿真過(guò)程中作為存儲(chǔ)器(ROM或RAM)初始化輸入的文件,即memory initialization file。mif文件格式為:
3.1.2 mif文件創(chuàng)建
mif文件的創(chuàng)建很簡(jiǎn)單,主要有兩種方法,一種是在MAX+PLUSⅡ環(huán)境下,新建文件,選文本輸入,保存為mif文件。另一種方法是建立一個(gè)txt文件,然后將擴(kuò)展名改成mif即可。
3.2 mif文件的使用
依上述方法創(chuàng)建的mif文件只是一個(gè)空文件,在lpm_ROM宏模塊的LPM_FILE中引入這樣的文件,僅僅能幫助lpm_ROM宏模塊通過(guò)編譯并把所有的存儲(chǔ)單元初始化為零。且在編譯出現(xiàn):Warning:Can't find data in initial memory content[MIF/HEX]file。
mif文件的格式是固定的,對(duì)于前4行(DEPTH,WIDTH,ADDRESS_RADIX,DATA_RADIX),前2個(gè)參數(shù)應(yīng)與lpm_ROM宏模塊LPM_WIDTHAD和LPM_WIDTH相關(guān)聯(lián),后2個(gè)參數(shù)為了方便一般設(shè)置為DEC(十進(jìn)制)。關(guān)鍵是文件內(nèi)容的begin與end之間的部分。mif文件的使用就是修改begin與end之間的內(nèi)容。主要有兩種修改方法。
3.2.1 mif文件的修改方法1
mif文件的使用,即修改begin與end之間的內(nèi)容,最常用的就是高級(jí)語(yǔ)言法。本文借助實(shí)例給以說(shuō)明,并給出相應(yīng)的m(Matlab)語(yǔ)言程序。
設(shè)計(jì)要求:8位地址輸入,8位數(shù)據(jù)輸出,輸出數(shù)等于地址高4位對(duì)應(yīng)的數(shù)加低4位對(duì)應(yīng)的數(shù),即實(shí)現(xiàn)1個(gè)4位二進(jìn)制加法的查找表。這里只用到lpm_ROM宏模塊的Address[]、q []兩個(gè)端口。lpm_ROM宏模塊及mif文件格式如圖3所示。
采用MATLAB語(yǔ)言產(chǎn)生含有begin與end之間內(nèi)容的txt文件,M文件的內(nèi)容為:
保存并運(yùn)行,然后打開(kāi)aaa.txt文件(默認(rèn)路徑C:\MATLAB701\aaa.txt),拷貝到mif文件的begin與end之間,即完成了對(duì)該文件的修改。使用高級(jí)語(yǔ)言修改mif文件速度快,準(zhǔn)確度高且能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)算。適用于數(shù)據(jù)較多的場(chǎng)合。
mif文件的修改方法2是在MAX+PLUSⅡ環(huán)境下,直接修改lpm_ROM存儲(chǔ)器的各存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。步驟如下:先引入lpm_ROM宏模塊,新建aa.mif文件并加載到LPM_FILE中,編譯完成后,波形編輯,然后仿真。此時(shí)MAX+PLUSⅡ會(huì)增加一個(gè)initialize菜單,點(diǎn)擊initialize->initialize memory…,即可在彈出的對(duì)話框中編輯存儲(chǔ)器各單元內(nèi)容,如圖4所示。
各存儲(chǔ)單元輸入后,點(diǎn)擊Export File…,在彈出的對(duì)話框中確定要輸出的mif文件名,即完成了對(duì)mif文件的修改。這種方法適合數(shù)據(jù)量較小的場(chǎng)合,比較簡(jiǎn)單直觀。
以四位二進(jìn)制加法查找表為例,分別采用以上兩種方法對(duì)mif文件進(jìn)行修改,仿真如下圖5所示。
仿真顯示,兩種方式下均正確實(shí)現(xiàn)了四位二進(jìn)制加法查找表。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文詳細(xì)討論了基于FPGA的mif文件創(chuàng)建與使用,對(duì)于mif文件創(chuàng)建與使用均給出了兩種可行性的方法。mif文件具有固定格式,而對(duì)mif文件使用主要就是對(duì)mif。文件begin與end之間的內(nèi)容進(jìn)行修改。本文以四位二進(jìn)制加法查找表的實(shí)現(xiàn)為例,給出了m(Matlab)語(yǔ)言源程序。