FPGA的BRAM资源使用优化策略

FPGA的BRAM和LUT等资源都是有限的，在FPGA开发过程中，可能经常遇到BRAM或者LUT资源不够用的情况。

一般建议BRAM和LUT资源的消耗不要超过80%，当然高端一点的FPGA芯片也可以放宽到90%，超过这个限制，可能就会出现时序违例较严重的情况，导致上板运行出现异常的情况。

今天分享一下BRAM资源使用优化策略，以Vivado的 Block Memory Generator为例 。

1、Distribute BRAM或URAM 替代BRAM

存储深度和宽度较小，且LUT资源或URAM有富裕，可以用“Distribute BRAM”或“URAM”来替代。

这里需要注意使用的FPGA芯片型号，是否带URAM资源。

• (* ram_style = "block" *)表示用Block RAM实现
• (* ram_style = "reg" *)表示用寄存器实现
• (* ram_style = "distributed" *)表示用分布式 RAM实现
• (* ram_style = "uram" *)表示用uram实现

这里给出代码示例：

// FPGA 双口 RAM
module dual_port_ram(
  input clk,
  input [7:0] data_in, 
  input [5:0] wr_addr,
  input wr_en,

  input [5:0] rd_addr,
  output reg [7:0] data_out
);

// 声明双口 RAM 存储器  
(* ram_style = "block" *)reg [7:0] ram[63:0];  

// 时钟上升沿写入  
always @(posedge clk) begin
  if (wr_en) 
    ram[wr_addr] <= data_in; 
end 

// 读取;  
always @(posedge clk) begin
  data_out <= ram[rd_addr]; 
end

endmodule

2、双口ROM替代单口ROM

如果工程中，有两个以上的ROM或RAM使用的是相同的数据，可以使用双口替代单口模式，资源消耗是一样的，这样就可以节省一个或多个ROM IP。

这里对比一下“数据宽度为32，存储深度为1024”的单口和双口模式下的资源消耗。

3、合理的数据宽度和深度设置

要想FPGA BRAM资源消耗优化，更关键的是优化FPGA工程的缓存大小设计，计算理论上缓存数据的位宽和最大深度，选择出合适的参数。