FPGA的ROM初始化問(wèn)題討論

在一些需要特殊運算的應用電路中，只讀存儲器ROM是關(guān)鍵元件，設計人員通常利用ROM創(chuàng )建各種查找表，從而簡(jiǎn)化電路設計，提高電路的處理速度和穩定性。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構造的數字系統在每次上電后要依賴(lài)于外部存儲器來(lái)主動(dòng)配置或在線(xiàn)被動(dòng)配置。真正意義上的ROM應具有掉電后信息不丟失的特性，因此利用FPGA實(shí)現的ROM只能認為器件處于用戶(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計人員必須面對的問(wèn)題。本文討論FPGA的ROM初始化問(wèn)題，詳細介紹mit文件的創(chuàng )建與使用。

2 基于FPGA的ROM的實(shí)現

基于MAX+PLUSⅡ軟件平臺，FPGA可編程器件實(shí)現ROM功能比較簡(jiǎn)單。只需運行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話(huà)框中選擇d：＼maxplus2＼max2lib＼mega_lpm，調用軟件提供的參數可調庫(mega_lpm)，找出參數化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設置。

根據需要選擇必要的Address[]、q[]兩個(gè)端口創(chuàng )建加法運算的查找表。引入lpm_ROM宏模塊后，一定要把LPM_ADDRESS_CONTROL設置為″UNREGISTERED″，否則編譯報錯。本系統設計選用了Altera公司的FLEX10K系列的FPGA(EPF10K10LC84-4)，其模塊結構如圖2所示?！?/p>

引入lpm_ROM宏模塊后，開(kāi)始ROM的初始化，這是運用lpm_ROM宏模塊做為系統開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。ROM初始化就是要在對應的地址賦初始值以實(shí)現查找表的功能。在系統編譯之前一定要先設置LPM_FILE參數。實(shí)際上就是要加入一個(gè)mif文件或hex文件。以下詳細討論在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單元初始化為零。且在編譯出現：Warning：Can't find data in initial memory content[MIF／HEX]file。

mif文件的格式是固定的，對于前4行(DEPTH，WIDTH，ADDRESS_RADIX，DATA_RADIX)，前2個(gè)參數應與lpm_ROM宏模塊LPM_WIDTHAD和LPM_WIDTH相關(guān)聯(lián)，后2個(gè)參數為了方便一般設置為DEC(十進(jìn)制)。關(guān)鍵是文件內容的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之間的內容，最常用的就是高級語(yǔ)言法。本文借助實(shí)例給以說(shuō)明，并給出相應的m(Matlab)語(yǔ)言程序。

設計要求：8位地址輸入，8位數據輸出，輸出數等于地址高4位對應的數加低4位對應的數，即實(shí)現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之間內容的txt文件，M文件的內容為：

保存并運行，然后打開(kāi)aaa.txt文件(默認路徑C：＼MATLAB701＼aaa.txt)，拷貝到mif文件的begin與end之間，即完成了對該文件的修改。使用高級語(yǔ)言修改mif文件速度快，準確度高且能實(shí)現復雜運算。適用于數據較多的場(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存儲器的各存儲單元的內容。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…，即可在彈出的對話(huà)框中編輯存儲器各單元內容，如圖4所示。

各存儲單元輸入后，點(diǎn)擊Export File…，在彈出的對話(huà)框中確定要輸出的mif文件名，即完成了對mif文件的修改。這種方法適合數據量較小的場(chǎng)合，比較簡(jiǎn)單直觀(guān)。

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)現了四位二進(jìn)制加法查找表。

4 結束語(yǔ)

本文詳細討論了基于FPGA的mif文件創(chuàng )建與使用，對于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mif文件使用主要就是對mif。文件begin與end之間的內容進(jìn)行修改。本文以四位二進(jìn)制加法查找表的實(shí)現為例，給出了m(Matlab)語(yǔ)言源程序。