【XILINX有奖征文】Xilinx 7系列FPGA使用之CLB探索（二）

作者：huxiaokai2005


在《Xilinx 7系列FPGA使用之CLB探索》中研究了CLB的结构，并主要讲述了SLICEM扩展移位寄存器的使用。另外SLICEM还可扩展成分布式RAM，此处就补上对分布式RAM使用的说明。
        首先概括一下1个SLICEM可扩展的分布式RAM的所有形式：
        • Single-Port 32 x 1-bit RAM
        • Dual-Port 32 x 1-bit RAM
        • Quad-Port 32 x 2-bit RAM
        • Simple Dual-Port 32 x 6-bit RAM
        • Single-Port 64 x 1-bit RAM
        • Dual-Port 64 x 1-bit RAM
        • Quad-Port 64 x 1-bit RAM
        • Simple Dual-Port 64 x 3-bit RAM
        • Single-Port 128 x 1-bit RAM
        • Dual-Port 128 x 1-bit RAM
        与移位寄存器扩展类似，分布式RAM也是以LUT作为其存储单元，如图1所示为SLICEM中的4个LUT，每个LUT都有如下几个端口：
地址输入：A6:A1     W6:W1
数据输入：DI1       DI2
时钟输入：CK
写使能  ：WEN
数据输出：O6        O5
移位输出：MC31 （在此处不使用）

图1
仔细研究可发现，D LUT和A、B、C LUT有所区别，其地址输入都由D6:1驱动，而其它LUT的地址输入除了W6:1统一由D6:1驱动，A6:1分别由A6:1、B6:1、C6:1驱 动，因此D LUT只能作为单端口RAM使用，而A、B、C LUT除了能作为单端口RAM使用之外，还能作为双端口RAM。如图2所示，以Simple Dual-Port 32 x 6-bit RAM为例，深度为32-bit，每个LUT都有6输入，将地址最高位置1，使两个输出O6、O5有效，剩下5根地址线可得到32-bit深度；数据宽度 6-bit，由A、B、C LUT 的2*3个输出组成。

图2
        与移位寄存器类似，XST综合器能自动将规范的代码综合成分布式RAM，如以下代码，实现了Simple Dual-Port 32 x 6-bit RAM的结构，综合出的结构如图3所示

图3
        图3中根据代码综合得到的结构基本与图2的理论图一致，其中编写代码时需要注意，由于LUT没有复位/置位端，因此描述RAM结构时不需要复位/置位信号。

        Xilinx公司的这种分布式RAM结构在需要少量RAM的情况下可以代替Block RAM使用，毕竟在7系列FPGA中一块Block RAM就有36Kbits。以下列举了一些适用于分布式RAM的情况：
        1. 深度小于64-bit
        2. 在深度大于64-bit小于128-bit情况下，有时延要求并需要异步输出（其clock-to-out时间小，并且布线比Block RAM自由）
        3. 数据宽度小于16-bit