高手看过来：Altera中数据写入RAM时的时钟有效沿

zhinvxing

今天偶然翻看Altera用户手册（第三章：Internal Memory），在看到RAM的读写操作时序时，对其中数据写入RAM时总是依靠上升沿锁存，但数据保存到RAM中却并不一定是在上升沿（手册上用来描述已稳定保存数据的术语是trigger）。也有可能是上升沿锁存，下降沿才保存，也就是下降沿才trigger。当然上升沿锁存数据的同时保存到RAM中是最容易理解的，大多数RAM块，如M9K，M144K等都是这样的，但M4K就是下降沿trigger，见下图。
     小弟很疑惑，M4K为什么不在锁存数据的上升沿时刻同时将数据保留到RAM中，而是要多等半个时钟才保留数据，也就是所谓的trigger。望高人指教！这样就相当于用倍频时钟采样原始数据，只会让时序更坏呀，真是疑惑啊。

tian2tian74

应该是RAM的后端实现的限制，不是设计上的考虑

zhinvxing

回复 2# tian2tian74


    哥，看你今天上网兴许是心血来潮一口气回了不少帖子，但建议请讲得稍微详细点吧。
   “ 应该是RAM的后端实现的限制，不是设计上的考虑”，后端限制了什么，为什么要限制？

solarwafer

你操作ram只需要关心端口时序，至于内部怎么实现的，不需要知道，如果你想知道，你可以找一下ram的实现原理方面的知识

zhinvxing

回复 4# solarwafer


    谢谢您的回复。我只是想从宏观角度去尝试了解它的意图，而不是轻易地接受某些事实，限于工作原因也没有精力去涉猎相关书籍（哎，惭愧），所以放在此地，希望集思广益，抛砖引玉，望路过的大牛们不吝赐教！或者请solarwafer兄能推荐下关于这方面的书籍以待闲暇时看看。直觉上，个人认为altera的RAM使用上升沿或者下降沿trigger数据看似为对称的两面，都是可以的。可为什么M4K型偏偏采用下降沿trigger方式，难道M4K型RAM单元与其他单元相比更适合施加约束以用倍频时钟来trigger前个上升沿锁存的数据。

max_max

因为寄存器的原因，可能有个概念你不理解，数字电路中的寄存器trigger也叫flipflop也叫register，是由两级锁存latch组成的，前后两级用反向时钟控制，建议你看下大规模集成电路的书。当时钟上升沿过来的数据还只是存在寄存器中，也就是第一级latch，在下降沿来到的时候才通过第二级latch输入到双稳态中，一般我们用的都是下降沿触发的trigger，也就是第一级用正向时钟控制。

zhinvxing

回复 6# max_max


      谢谢您的回复！参考Altera手册的意思，trigger的含义不一定是指register，而是强调RAM单元保存好了数据这一状态。你后半部分理解的很对，尤其是两级寄存器用反向时钟级联这点是切中要害！其实质就是用下降沿锁存前一个上升沿锁存好的数据，但这更容易导致时序问题。
      另外“一般我们用的都是下降沿触发的trigger，也就是第一级用正向时钟控制。”什么意思？要知道，我们通常用的是上升沿触发的寄存器哦。但以上这些还不是我的疑问所在。问题的核心是Altera为什么会对不同类型的内部RAM Block（如M4K，M9K，M512K等等）在写入时采用不同的锁存数据方式？这才是核心疑团！欢迎前辈们积极探讨，踊跃发言。

zhinvxing

回复 6# max_max


    既然M4K使用了类似两级Latch锁存的原理，那么怎么解释图中只采用上升沿触发register的情形。你不会认为也是两级Latch吧。第一级采用下降沿，第二级采用上升沿？

max_max

是的，你在valid和actucl之间的时间数据是在latch的第一级，可能为了采到比较稳定的数据而采用REG，一级latch很可能因为时序问题而锁到一个错误值,还有你说的时序问题，我看了下你的图，如果是reg的话，它很可能用了倍频时钟来读写数据，这样是不会出现时序问题的，而且更加保证了读写数据的正确性。

zhinvxing

回复 9# max_max


      按照你的意思，上面左图可能是采用了两级Latch的思想；而右图则为了避免第二级Latch锁存时刻数据已经不稳定而可能采用倍频时钟方式。不知这样理解对吗？但为什么会存在这两种差异，也就是为什么会有这两种RAM块写操作方式了？两种实现方式消耗的资源可是差不多啊，并且后者还需要产生一个反向时钟（或者倍频时钟)及相应的约束。换句话说，右图方式更复杂一点。