vivado中bram的分类

在vivado中打开IP catalog，在其中搜索“block memory”即可找到bram的相关IP。bram共有以下几类：

前三项分别是：单端口ram、简化版双端口ram和真正的双端口ram。

那么我们分别例化看一下它们的工作时序。

单端口ram

初始化

vivado给出了一种比较方便的给ram赋初值的方式：通过load一个.coe文件给ram赋初值，我在这里使用的.coe文件内容如下：

文件里一共存储了16个16位的16进制数，所以在设置IP的时候将位宽（每个位置多少位）和深度（一共有多少个位置）都设置成16。

工作时序

单端口ram的工作时序如下图所示：

对于某一个周期读到的地址，在下一个周期将该地址所存储的数据通过output口输出出来。由于单端口ram只有一个端口，这个端口既要负责读数，还要负责写数，因此用WEA信号（write enable A）来做区分，当WEA=0时，只读不写，在下一个周期将地址对应的数输出；当WEA=1时，执行的操作将是把DinA的内容写入地址对应的地方，但是本次输出依然是该地址原来的值（不过从此就被DinA的内容替换掉了）。

仿真验证

写一个testbench来验证一下，仿真波形如下：

其中addr就从0到F一直遍历，WEA一直为1，所以第一次遍历时虽然已经将16’h4399写到了每一个角落，但是读的时候依然是各个位置原来的值，第二次再遍历的时候读到的才是16’h4399。

简化的双端口RAM

初始化

同单端口RAM的初始化，这里连用的.coe文件都是一样的。

端口定义

该IP的端口定义如下图所示：

可见这种RAM有A和B两个端口，A口负责写，B口负责读，两个端口各自有各自的clk，addr和enable。A口多了一个wea作为写使能、一个dina作为写数据的输入，B口多了一个doutb作为读数据的输出。值得注意的是，和单端口RAM有一个明显的区别，改写某地址的数据时，RAM的输出不是该地址的原来的数据，而是写入的数据。这一点会在后面的仿真中得到验证。

仿真结果

仿真结果如下所示：

第一次遍历地址时，WEA信号为0，RAM只读不写，output输出的就是RAM里存储的内容。第二次遍历地址时，WEA信号为1，从此output输出的就不再是RAM原有的内容，而是即将写入的内容，这也是单端口RAM和简易双端口RAM的区别。

双端口RAM

初始化

同单端口RAM的初始化，这里连用的.coe文件都是一样的。

端口定义

该IP的端口定义如下图所示：

如上图所示是真正的双端口bram的IP端口定义。两个端口各自有clk信号、addr信号、端口使能、写使能、写数输入、读数输出。也就是说两个端口都能读数、都能写数。那么就依次仿真它的各种功能。

功能仿真

单端口读数

先仿真单端口读数，分别将enB和enA置为0，仅让一个端口发挥作用。


这和单端口RAM读数是一样的，没被使能的端口输出0，使能的端口读出RAM所存储的内容。

双端口读数

将addrb设置成addra的下一个数，可以利用双端口同时读两个数。

双端口一读一写

首先令读写操作的地址不同，接着上边的addrb比addra多1的设定，让B口读，A口写。这样第一次遍历将读到RAM存储的原值，第二次遍历将读到A写入的值，我令A口写入16位的16进制数16’h4399，下面用仿真来验证猜想。

观察B端口的输出，猜想得到证实。观察A端口的输出可以得到另一个结论，当某端口的写使能激活时，该端口的输出是写入的数据。下面仿真一下双端口读写操作同一地址会怎样。


由仿真波形可知，A口写B口读并且读写地址为同一地址时，B口无法读到RAM原有的值，而是输出即将写的内容（也就是A口的写输入，在本例中是16’h4399）；但A口读B口写则不同，A口依然能读出RAM原有的值，而在第二次遍历时才输出B口写入的值，即16’h2200（当然B口的输出一直是16’h2200），因此猜想A口和B口并不是完全一致的端口，这个猜想有待参考文档来证实。

双端口写数据

如图所示，在写阶段双端口均写入数据，A口将所有偶地址写入16’h4399，B口将所有奇地址写入16’h2200。后面的读数据读出的结果是16’h4399和16’h2200交替，证实了这一点。双端口可以同时写，大大提高了数据传输效率。那么如果双端口同时写一个地址会发生什么呢？下面用仿真来验证。

如图，在写数阶段，A口和B口输出各自的写输入，即分别是16’h4399和16’h2200，但是不可能两个数写入同一个地址因为根本写不下。从读阶段的波形可以看出，写进去的是16’h2200，也就是B口的内容。从仿真得出的结论是：A口和B口对同一地址进行写操作时，写入的是B口的数据。但仿真未必是连板时真实发生的，所以连板实验时未必如此。