FPGA的ROM初始化問題討論

在一些需要特殊運(yùn)算的應(yīng)用電路中，只讀存儲器ROM是關(guān)鍵元件，設(shè)計人員通常利用ROM創(chuàng)建各種查找表，從而簡化電路設(shè)計，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于外部存儲器來主動配置或在線被動配置。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實現(xiàn)的ROM只能認(rèn)為器件處于用戶狀態(tài)時具備ROM功能。使用時不必要刻意劃分，而ROM單元的初始化則是設(shè)計人員必須面對的問題。本文討論FPGA的ROM初始化問題，詳細(xì)介紹mit文件的創(chuàng)建與使用。

2 基于FPGA的ROM的實現(xiàn)

基于MAX+PLUSⅡ軟件平臺，F(xiàn)PGA可編程器件實現(xiàn)ROM功能比較簡單。只需運(yùn)行MAX+PLUSⅡ，選擇圖形輸入，在新建頁的空白處雙擊并在彈出的對話框中選擇d：＼maxplus2＼max2lib＼mega_lpm，調(diào)用軟件提供的參數(shù)可調(diào)庫(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″，否則編譯報錯。本系統(tǒng)設(shè)計選用了Altera公司的FLEX10K系列的FPGA(EPF10K10LC84-4)，其模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。　

引入lpm_ROM宏模塊后，開始ROM的初始化，這是運(yùn)用lpm_ROM宏模塊做為系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵。ROM初始化就是要在對應(yīng)的地址賦初始值以實現(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)。實際上就是要加入一個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宏模塊通過編譯并把所有的存儲單元初始化為零。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，對于前4行(DEPTH，WIDTH，ADDRESS_RADIX，DATA_RADIX)，前2個參數(shù)應(yīng)與lpm_ROM宏模塊LPM_WIDTHAD和LPM_WIDTH相關(guān)聯(lián)，后2個參數(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，最常用的就是高級語言法。本文借助實例給以說明，并給出相應(yīng)的m(Matlab)語言程序。

設(shè)計要求：8位地址輸入，8位數(shù)據(jù)輸出，輸出數(shù)等于地址高4位對應(yīng)的數(shù)加低4位對應(yīng)的數(shù)，即實現(xiàn)1個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 []兩個端口。lpm_ROM宏模塊及mif文件格式如圖3所示。

采用MATLAB語言產(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，即完成了對該文件的修改。使用高級語言修改mif文件速度快，準(zhǔn)確度高且能實現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)算。適用于數(shù)據(jù)較多的場合。

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(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MAX+PLUSⅡ會增加一個initialize菜單，點(diǎn)擊initialize->initialize memory…，即可在彈出的對話框中編輯存儲器各單元內(nèi)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(shù)據(jù)量較小的場合，比較簡單直觀。

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現(xiàn)了四位二進(jìn)制加法查找表。

4 結(jié)束語

本文詳細(xì)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(nèi)容進(jìn)行修改。本文以四位二進(jìn)制加法查找表的實現(xiàn)為例，給出了m(Matlab)語言源程序。