在 VHDL 中实现简单的双端口块 RAM 未按预期执行

Question

我一直在尝试用 VHDL 实现一个简单的双端口 Block RAM，但它在模拟中没有产生预期的结果。这是代码：

library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;
use IEEE.std_logic_unsigned.all;

entity rams is
generic ( g_adress_width: integer:= 18;
          g_ram_size: integer:= 1000
        );
 port(
    clka : in std_logic;
    clkb : in std_logic;
    wea : in std_logic;
    web : in std_logic;
    addra : in std_logic_vector(g_adress_width-1 downto 0);
    addrb : in std_logic_vector(g_adress_width-1 downto 0);
    dia : in std_logic_vector(15 downto 0);
    dib : in std_logic_vector(15 downto 0);
    doa : out std_logic_vector(15 downto 0);
    dob : out std_logic_vector(15 downto 0));
end rams;
architecture syn of rams is
    type ram_type is array (g_ram_size-1 downto 0) of std_logic_vector(15 downto 0);
     signal RAM : ram_type; 
begin
 process (CLKA)
 begin
    if CLKA'event and CLKA = '1' then
            DOA <= RAM(conv_integer(ADDRA));
            if WEA = '1' then --always 0
                RAM(conv_integer(ADDRA)) <= DIA; --does not execute
        end if;
    end if;
 end process;

 process (CLKB)
 begin
 if CLKB'event and CLKB = '1' then
        DOB <= RAM(conv_integer(ADDRB));
        if WEB = '1' then
            RAM(conv_integer(ADDRB)) <= DIB;
    end if;
 end if;

end process;
end syn; 

这是模拟：

clka和clkb都连接到同一个时钟。我给dib提供了一些任意值（无符号 300 和 355） 。

基本上，doa总是在读取，所以我希望它是未定义的，直到使用dib将某些内容写入这些块 ram 地址，但它始终显示未定义的值。

我期望发生的情况是，当addra再次为 0 时，doa会读取 300 ，而当addra为 15 时，doa 会读取 355。像这样的事情（请原谅我的绘画技巧）：

如果有人能指出我做错的事情的正确方向，我将不胜感激。谢谢。

编辑：代码被修改为这个并且它现在可以工作（感谢Paebbels解决方案）：

     signal RAM : ram_type; 
begin
 process (CLKA)
 begin
    if CLKA'event and CLKA = '1' then
            DOA <= RAM(to_integer(unsigned(ADDRA)));
            if WEA = '1' then --always 0
                    RAM(to_integer(unsigned(ADDRA))) <= DIA; --does not happen
        end if;

    end if;

    if CLKA'event and CLKA = '1' then
        DOB <= RAM(to_integer(unsigned(ADDRB)));
        if WEB = '1' then
            RAM(to_integer(unsigned(ADDRB))) <= DIB;
    end if;
 end if;

 end process;
end syn; 

Answer 1

这种对双时钟 RAM 的描述是错误的。您需要使用：

• 有两个时钟的进程，或者
• 共享变量。

使用一个信号和两个进程是不正确的。它在一个信号上创建多个驱动器。这反过来又造成了多源问题。虽然您的模拟可以工作，但由于std_logic_vector用户定义的数组类型中已解析的类型，综合将会失败。

此外，为了允许推断 BlockRAM，您需要在 VHDL 代码中表示 BlockRAM 的内部结构。这意味着您需要在地址路径上添加管道寄存器。

您应该阅读UG901 - Vivado Synthesis Guide并搜索“RAM HDL Coding Techniques”。

此外，您应该使用 packagenumeric_std而std_logic_unsigned不是 IEEE 官方包。

可以在PoC 库中找到可用的真双端口 (TDP) BlockRAM 实现：PoC.mem.ocram.tdp。该实现也适用于 Altera/Intel FPGA 和 Lattice FPGA。

    -- RAM can be inferred correctly only if '-use_new_parser yes' is enabled in XST options
    subtype word_t is std_logic_vector(D_BITS - 1 downto 0);
    type    ram_t  is array(0 to DEPTH - 1) of word_t;

    signal ram          : ram_t;
    signal a1_reg       : unsigned(A_BITS-1 downto 0);
    signal a2_reg       : unsigned(A_BITS-1 downto 0);

begin

    process (clk1, clk2)
    begin   -- process
        if rising_edge(clk1) then
            if ce1 = '1' then
                if we1 = '1' then
                    ram(to_integer(a1)) <= d1;
                end if;

                a1_reg <= a1;
            end if;
        end if;

        if rising_edge(clk2) then
            if ce2 = '1' then
                if we2 = '1' then
                    ram(to_integer(a2)) <= d2;
                end if;

                a2_reg <= a2;
            end if;
        end if;
    end process;

    q1 <= (others => 'X') when SIMULATION and is_x(std_logic_vector(a1_reg)) else
                ram(to_integer(a1_reg));        -- returns new data
    q2 <= (others => 'X') when SIMULATION and is_x(std_logic_vector(a2_reg)) else
                ram(to_integer(a2_reg));        -- returns new data