孩子都能学会的FPGA：第十二课——利用内存产生正弦波

chdaj58

（原创声明：该文是作者的原创，面向对象是FPGA入门者，后续会有进阶的高级教程。宗旨是让每个想做FPGA的人轻松入门，作者不光让大家知其然，还要让大家知其所以然！每个工程作者都搭建了全自动化的仿真环境，只需要双击top_tb.bat文件就可以完成整个的仿真（前提是安装了modelsim），降低了初学者的门槛。如需整个工程请留言（WX：Blue23Light），不收任何费用，但是仅供参考，不建议大家获得资料后从事一些商业活动！）

上节课说到可以利用异步缓存完成多比特数据的跨时钟域同步，但是很多人对FPGA内部的存储还不太了解。这儿我们先介绍一下。

FPGA内部的缓存其实都是RAM (Random Access Memory)随机访问存储器，但是生成IP核的时候可以选择是RAM或者ROM。

RAM又称随机存取存储器，存储单元的内容可按照需要随机取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关。这种存储器在断电时，将丢失其存储内容，所以主要用于存储短时间使用的程序。

ROM全称Read Only Memory，顾名思义，它是一种只能读出事先所存的数据的固态半导体存储器。ROM中所存数据稳定，一旦存储数据就再也无法将之改变或者删除，断电后所存数据也不会消失。其结构简单，因而常用于存储各种固化程序和数据。

但是在FPGA内部，ROM其实也是由RAM构造而成的，所以FPGA内部的ROM不是真正的ROM，因为ROM内部的数据不是从硬件上固化的，是初始化的时候才将数据固定住，掉电里面的信息还是会消失的。就是FPGA内部的ROM只是模拟了ROM的功能，并不是实际的ROM。
所以不管是FPGA内部的RAM还是ROM，都不具备掉电数据存储的功能。如果FPGA内部只有RAM而没有Flash，那FPGA的配置程序必须放在片外Flash里面，上电的时候从外部Flash中读取配置的信息对FPGA进行配置。

本工程是实现正弦波的输出，我们可以根据实际的需要产生一组数据来表示一个周期正弦波的值。比如我们可以用128个8bit的数据来表示一个周期的正弦波数据，也可以用256个8bit的数据来表示一个周期正弦波的数据，当然也可以用1024个16bit的数据来表示一个周期的正弦波的数据，这个根据实际的需求，比如精度。

那我们可以先生成一组的正弦波数据，然后把这组数据存储在RAM或者ROM中，然后需要的时候从RAM或者ROM读出这组数据就是输出了正弦波。

本工程采用ROM，用256个8bit的数据来表示一个周期的正弦波，Xilinx的内存初始化要使用coe文件，这个coe文件可以通过matlab或者python来产生。如下所示，产生的是256个8bit的定点数。如果想产生其它的波形，比如三角波，余弦波思路都是一样的，只需要把下面生成数据的地方相应修改即可。运行matlab即可以生成sp_ram_256x8.coe文件。

在vivado软件中，建立一个名为sp_rom_256x8的ROM的IP核，如下所示，选择Single Port ROM即了，当然选择Single Port RAM也可以，只是使用的时候不用RAM的写功能即可。

然后设置ROM的位宽核深度，这个可以根据实际需求进行调节。

最后一定要Load Init File，也就是load coe文件。

FPGA设计非常简单，只需要用计数器产生一个累计的地址信号给到ROM，下个时钟周期相应地址内的数据就会被读出来。

如果用vivado自带的仿真软件进行仿真或者vivado和modelsim联合仿真都很简单，因为vivado会自动生成相关的文件。但是笔者用的是自动化仿真，就是用双击top_tb.bat文件直接开始仿真，不需要打开vivado软件。这就需要首先完成vivado编译库的编译和modelsim的配置，这个网上有很大教程，笔者后续也会详细介绍。

有了vivado的仿真库，只需要ROM的仿真文件sp_rom_256x8.v和编译的数据文件sp_rom_256x8.mif即可以完成仿真。将run.do 文件修改如下所示。

最后双击sim目录下的top_tb.bat文件，即可实现全自动化的仿真。

最后将dout的Radix设置成Decimal，Format设置成Analog，当然也可以在run.do文件里面设置，如下所示dout如果是正弦波，就说明功能设计正确。

有了正弦波，后续就可以进行DDS，混频，滤波等功能的开发。

mylcx_xwf

第10，11课呢？

chdaj58

mylcx_xwf 发表于 2023-11-28 20:50
第10，11课呢？

周末不好上传，刚才上传了，在csdn上是有完整更新的。