系列文章目錄：FPGA原理與結(jié)構(gòu)（0）——目錄與傳送門

一、BRAM簡介

? ? ? ? 大家對于RAM應該并不陌生，RAM就是一張可讀可寫的存儲表，它經(jīng)常被拿來與ROM進行對比，相比之下，ROM只可讀。而在FPGA中，RAM一般可以分成兩種，一種是使用LUT資源組成的分布式RAM（DRAM），另一種就是塊RAM（BRAM），這里我們討論的是BRAM，關于DRAM的內(nèi)容，可以閱讀：FPGA原理與結(jié)構(gòu)——分布式RAM（Distributed RAM,DRAM）。

? ? ? ? BRAM就是嵌入在FPGA中的整塊的RAM資源，是FPGA中重要的存儲資源。在早期的FPGA架構(gòu)中，基本上只使用基于查找表和觸發(fā)器的邏輯塊實現(xiàn)用戶電路，可用作存儲要素的就只有邏輯塊中的觸發(fā)器。因此很難在芯片上保存大量數(shù)據(jù)，而有這樣需求的應用需要在FPGA上連接外部存儲器。但是在很多情況下，F(xiàn)PGA和外部存儲器的帶寬會成為系統(tǒng)的瓶頸，從而限制整體性能。因此商用的FPGA架構(gòu)在發(fā)展中開始集成高效的片上存儲器。這就是我們BRAM的由來。

二、BRAM的特性和分布

? ? ? ? 在xilinx 7系類的FPGA里，一個BRAM的大小是36Kb，它也可以被拆分成2個獨立的18Kb BRAM來使用，這就是xilinx 7系類里RAM的最小實現(xiàn)形式了。也就是說使用的BRAM在使用的時候必須是整塊進行使用的，一塊BRAM最小就是18Kb。舉個例子，我們需要存儲40Kb的資源，就需要使用：一塊36Kb的RAM+一塊18Kb的RAM，這樣就造成了14Kb的資源浪費。

? ? ? ? 兩個相鄰的RAM還可以組合來構(gòu)成更大的RAM。

? ? ? ? 每塊36Kb的RAM根據(jù)深度和位寬的不同，可以配置成如下形式（深度×位寬）：32K x 1, 16K x 2, 8K x 4, 4K x 9, 2K x 18, 1K x 36, or 512 x 72（簡單雙端口模式下，后面會詳細說）。

? ? ? ? 每塊18Kb的RAM根據(jù)深度和位寬的不同，可以配置成如下形式（深度×位寬）:16K x 1, 8K x2 , 4K x 4, 2K x 9, 1K x 18 or 512 x 36（簡單雙端口模式下，后面會詳細說）。

? ? ? ? 根據(jù)FPGA型號的不同，每塊FPGA中蘊含的BRAM資源數(shù)量也是不一樣的，用戶可以根據(jù)自己的需求和成本選擇最適合自己的型號，我們以下圖為例，這只是xilinx的一部分型號對應的BRAM資源，可以看到不同的device對應的BRAM數(shù)量和分布情況有所不同。

? ? ? ? ?在如今xilinx的FPGA中普遍使用的是ASMBL架構(gòu)，所以BRAM在FPGA也是按列分布的。

三、BRAM的使用?

? ? ? ? BRAM的作用是非常巨大的，也是具有一定復雜性的，BRAM可以被配置成RAM,ROM或者FIFO，我們一個一個來討論。

1、RAM

? ? ? ? 首先就是最直觀的RAM的情況，但是就算是用作RAM，也有著許多不同的工作模式：

（1）Single Port ：單口 RAM

? ? ? ? 讀寫共用一個地址總線，在同一個端口，但是不能同時進行

?（2）Simple dual port：簡單雙口 RAM

?????????一個寫通道，一個讀通道，通過A端口寫入數(shù)據(jù)的同時可以通過B端口讀出數(shù)據(jù)

?（3）True Dual Port：真雙口 RAM

?????????兩個通道都支持讀寫，互相獨立。A端口和B端口可同時讀寫數(shù)據(jù)

?2、ROM

? ? ? ? ?ROM其實也非常好理解，甚至是BRAM應用中最簡單的部分，因為ROM可以理解成只具備讀功能，不具備寫功能的RAM。

（1）Single Port ：單口 ROM

? ? ? ? 不能寫入，只有一個端口用于數(shù)據(jù)讀

（2）Dual port：雙端口 ROM

? ? ? ? 不可寫，但是有2個端口用于讀，兩個端口讀取數(shù)據(jù)的位寬可以不同，但是必須是整數(shù)倍關系

3、FIFO

????????FIFO是英文First In First Out 的縮寫，是一種先進先出的數(shù)據(jù)緩存器，與普通存儲器的區(qū)別是沒有外部讀寫地址線，使用簡單，缺點就是只能順序讀、寫入數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)地址由內(nèi)部讀寫指針自動加1完成，不能像普通存儲器那樣可以由地址線決定讀取或?qū)懭肽硞€指定的地址。

????????FIFO的作用：

????????????????（1）不同時鐘域之間的數(shù)據(jù)傳輸；

????????????????（2）對不同寬度的數(shù)據(jù)位寬轉(zhuǎn)換；

????????????????（3）數(shù)據(jù)緩存

????????根據(jù)FIFO工作的時鐘域，可以將FIFO分為：

????????（1）同步FIFO：讀時鐘和寫時鐘為同一個時鐘，在時鐘沿來臨時同時發(fā)生讀寫操作。

?????????????? 作用：位寬轉(zhuǎn)換或數(shù)據(jù)緩存。

????????（2）異步FIFO：讀寫時鐘不一致，讀寫操作是互相獨立的。

?????????????? 作用：多比特數(shù)據(jù)跨時鐘域。

?四、7系類BRAM的一些額外特性

1、可選輸出寄存器

????????BRAM的輸出還內(nèi)嵌了個寄存器，我們打拍輸出的時候可以使用它，這樣就能省下SLICE上的寄存器資源，而且就算我們使用SLICE的FF資源，會引入一個較大的時延，這樣做還能降低時延問題。

2、BRAM的級聯(lián)?

? ? ? ? 在xilinx的FPGA里，2塊相鄰的BRAM可以在不消耗CLB資源的情況下就級聯(lián)形成更大的RAM。任意兩個相鄰的BRAM都可以進行級聯(lián)

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-714120.html

到了這里，關于FPGA原理與結(jié)構(gòu)（8）——塊RAM（Block RAM,BRAM）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！