如何使用FPGA内部的ROM以及程序对该ROM的数据读操作

作者： ALINX

适用于板卡型号：
AXU2CGA/AXU2CGB/AXU3EG/AXU4EV-E/AXU4EV-P/AXU5EV-E/AXU5EV-P /AXU9EG/AXU15EG

实验Vivado工程为“rom_test”

FPGA本身是SRAM架构的，断电之后，程序就消失，那么如何利用FPGA实现一个ROM呢，我们可以利用FPGA内部的RAM资源实现ROM，但不是真正意义上的ROM，而是每次上电都会把初始化的值先写入RAM。本实验将为大家介绍如何使用FPGA内部的ROM以及程序对该ROM的数据读操作。

1.实验原理

Xilinx在VIVADO里为我们已经提供了ROM的IP核, 我们只需通过IP核例化一个ROM，根据ROM的读时序来读取ROM中存储的数据。实验中会通过VIVADO集成的在线逻辑分析仪ila，我们可以观察ROM的读时序和从ROM中读取的数据。

2. 程序设计

2.1 创建ROM初始化文件

既然是ROM，那么我们就必须提前给它准备好数据，然后在FPGA实际运行时，我们直接读取这些ROM中预存储好的数据就行。Xilinx FPGA的片内ROM支持初始化数据配置。如下图所示，我们可以创建一个名为rom_init.coe的文件，注意后缀一定是“.coe”，前面的名称当然可以随意起。

ROM初始化文件的内容格式很简单, 如下图所示。第一行为定义数据格式, 16代表ROM的数据格式为16进制。从第3行开始到第34行，是这个32*8bit大小ROM的初始化数据。每行数字后面用逗号，最后一行数字结束用分号。

rom_init.coe编写完成后保存一下, 接下去我们开始设计和配置ROM IP核。

2.2 添加ROM IP核

在添加ROM IP之前先新建一个rom_test的工程, 然后在工程中添加ROM IP，方法如下：

2.2.1 点击下图中IP Catalog，在右侧弹出的界面中搜索rom，找到Block Memory Generator,双击打开。

2.2.2 将Component Name改为rom_ip,在Basic栏目下，将Memory Type改为Single Prot ROM。

2.2.3 切换到Port A Options栏目下，将ROM位宽Port A Width改为8，将ROM深度Port A Depth改为32，使能管脚Enable Port Type改为Always，并取消Primitives Output Register

2.2.4 切换到Other Options栏目下，勾选Load Init File，点击Browse，选中之前制作好的.coe文件。

2.2.5 点击ok，点击Generate生成ip核。

3. ROM测试程序编写

ROM的程序设计非常简单, 在程序中我们只要每个时钟改变ROM的地址, ROM就会输出当前地址的内部存储数据，例化ila，用于观察地址和数据的变化。ROM IP的实例化及程序设计如下:

`timescale1ns/1ps module rom_test( input sys_clk, //25MHz时钟 input rst_n //复位，低电平有效 ); wire[7:0] rom_data; //ROM读出数据 reg [4:0] rom_addr;//ROM输入地址 //产生ROM地址读取数据 always@(posedge sys_clk ornegedge rst_n) begin if(!rst_n) rom_addr <=10'd0; else rom_addr <= rom_addr+1'b1; end //实例化ROM rom_ip rom_ip_inst ( .clka (sys_clk ),//inoput clka .addra (rom_addr ),//input [4:0] addra .douta (rom_data )//output [7:0] douta ); //实例化逻辑分析仪 ila_0 ila_m0 ( .clk (sys_clk), .probe0 (rom_addr), .probe1 (rom_data) ); endmodule

绑定引脚
##################Compress Bitstream############################
set_property BITSTREAM.GENERAL.COMPRESS TRUE [current_design]set_property PACKAGE_PIN AB11 [get_ports sys_clk]set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports sys_clk]create_clock -period 40.000 -name sys_clk -waveform {0.000 20.000} [get_ports sys_clk]set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {rst_n}]set_property PACKAGE_PIN W13 [get_ports {rst_n}]

4. 仿真

仿真结果如下，符合预期，与RAM的读取数据一样，数据也是滞后于地址一个周期。

5. 板上验证

以地址0为触发条件，可以看到读取的数据与仿真一致。

审核编辑：何安