湘潭大學(xué)計算機原理實驗二存儲器實驗預(yù)習(xí)報告

1、實驗二存儲器實驗1、fpga中rom定制與讀出實驗一. 實驗?zāi)康?、掌握fpga中rom的設(shè)置，作為只讀存儲器rom的工作特性和配置方法。2、用文本編輯器編輯mif文件配置rom,學(xué)習(xí)將程序代碼以mif格式文件加載于rom 中；3、在初始化存儲器編輯窗口編輯mif文件配置rom；4、驗證fpga中rom的功能。二. 實驗原理altera的fpga小有許多可調(diào)用的模塊庫，可構(gòu)成如rom> ram. fifo等存儲器結(jié)構(gòu)。cpu中的重要部件，如ram、rom可直接調(diào)用他們構(gòu)成，因此在fpga中利用嵌入式陣 列塊eab可以構(gòu)成各種結(jié)構(gòu)的存儲器，rom是其中的一種。rom冇5組信號：地址信號 a

2、ddress n數(shù)據(jù)信號q、時鐘信號inclock、outclock、允許信號memenable,其參數(shù)都是 可以設(shè)定的。由于rom是只讀存儲器，所以它的數(shù)據(jù)口是單向的輸出端口，rom中的數(shù) 據(jù)是在對fpga現(xiàn)場配置時，通過配置文件一起寫入存儲單元的。圖2-1-1屮的rom有3 組信號:inclk 輸入時鐘脈沖；instruction31.0 lpm_rom的32位數(shù)據(jù)輸出端;a4.o lpm.rom的5位讀出地址。實驗中主要應(yīng)掌握以卜三方而的內(nèi)容：（1）rom的參數(shù)設(shè)置；（2）rom '數(shù)據(jù)的寫入，即file初始化文件的編寫；（3）rom的實際應(yīng)用，在gw48_cp+實驗臺上的調(diào)試方

3、法。實驗步（1）新建丄程。丄程名是scinstmem.qpfo（2）用初始化存儲器編輯窗口編輯rom配置文件（文件名.mif）。這里預(yù)先給出后面將 要用到的指令存儲器初始化文件:scinstmem.mif。scinstmeni.mif中的數(shù)據(jù)是機器指令代碼（圖 2-1-3）<>（3）模塊設(shè)計。丿1j圖形編輯，使川工具mega wizard plug-in manager,定制指令存儲器 rom宏功能塊。設(shè)置地址總線寬度addwss和數(shù)據(jù)總線寬度q,分別為5位和32位,并添加 輸入輸出引腳，如圖2-1-1設(shè)置和連接。在設(shè)srom數(shù)據(jù)參數(shù)選擇項file的對應(yīng)窗口?。▓D2-1-2）,用鍵

4、盤輸入rom配置文件 的路徑（scinstmem.mif）,然后設(shè)置在系統(tǒng)rom/ram讀寫允許，以便能對fpga屮的rom在系 統(tǒng)讀寫。（4）全程編譯。（5）畫波形文件并進行功能仿真。（6）引腳鎖定。（7）全程編譯。（8）編程下載。下載sof文件至fpga,改變rom的地址a4.o,外加讀脈沖，通 過實驗臺上的數(shù)碼管比較讀出的數(shù)據(jù)是否與初始化數(shù)ffi（scinstmem.mif中的數(shù)據(jù)）一致。注，匸程名是scinstmem.qpf,下載scinstmem.sof示例文件至實驗臺上的fpga,選擇 實驗電路模式仍為no.o, 32位數(shù)據(jù)輸出由數(shù)碼8至數(shù)碼1顯示，5位地址由鍵2、鍵1輸 入，鍵1

5、負(fù)責(zé)低4位，地址鎖存時鐘clk由鍵8控制，每一次上升沿，將地址鎖入，數(shù)碼 管8/7/6/5/4/3/2/1將顯示rom中輸出的數(shù)據(jù)。發(fā)光管8至1顯示輸入的5位地址值。:a4.o8dckess4.0inst romvj.w oq【3仁.0的 utp ut instruction31 .0pin 240=>-winclockinst block type: auto圖2-m rom的結(jié)構(gòu)圖廠legatizard plug-in manager page 3 of 5rom: 1-portt parameter settings2 eda3| summarygeneralregs/clken/

6、adrs | mem init>inst_rom 廿do you want to specify the rltial content of the memory?a 31.01.jnclockblock type: autojaddress4.oresource usage1 m4k，參；no, leave it blankinitialize memory content data to xx.x on power-up in simulation® yes, use this fie for the memory content dataupdate content in

7、dependently of the system clockthe 'instance id* of this rom is:(you can use a hexadecimal (intel-format) file .hex or a memory initialization fie .mif)roml小心1h2:國i題巴 a1>1*161、口0 r圖2-1-2設(shè)置在系統(tǒng)rom/ram讀寫允許scinstmem .mifaddr刊i+1*2+3m i+5+7003c0100003424005020050004100c00018ac8200008c8900000124402

8、2020050030820a5ffff34a8ffff390855552009ffff312affff01493025014940260146382410010a0001080000082005ffff000543c00008440000084403000843c20800001718000040208c890000208400040109402020a5ffff14a0fffb00081000003e0008圖2亠3 scinstmem.mif中的數(shù)據(jù)(9) 在系統(tǒng)讀寫。打開quartusii的在系統(tǒng)存儲模塊讀寫工具in-system momery_content editor, 了解fpg

9、a中rom中的數(shù)據(jù)，并對其進行在系統(tǒng)寫操作(圖2亠4)。13問岡file edit view processrig tools window helpsearch instance manager ®)ready to acquirejtag chain configuration:jtag readyhardware: usb-blaster u5b-0device:1: ep1c12 (ox020830dd v | “an chain |in-system lesory cont ent editor 一 f:/shiyan/rom/scinst一 scinstmebinstan

10、ce 0: roml0000003c010000342400502005000400co00180000058c890000012440220200500320a5ffff00000a390855552009ffff312kffff01493025ooooof01463824010；.0001080000082005ffff0000140008440000084403000843c2080000170000198c890000208400040109402020a5ffffoooole00081000003e0008ac820000 34a8ffff$/ p 4 014940269.uu .1

11、t 000543cof8$c.00004020dd c14a0fffb.6圖2-1-4在系統(tǒng)存儲模塊讀寫四.實驗要求(1) 實驗前認(rèn)真復(fù)習(xí)rom存儲器部分的有關(guān)內(nèi)容。(2) 記錄實驗數(shù)據(jù)，寫出實驗報告，給出仿真波形圖。(3) 通過本實驗，對fpga屮eab構(gòu)成的rom存儲器有何認(rèn)識，有什么收獲？五思考題(1) 如何在圖形編輯窗口中設(shè)計rom存儲器？怎樣設(shè)計地址寬度和數(shù)據(jù)線的寬度? 怎樣導(dǎo)入rom的設(shè)計參數(shù)文件和存儲rom的設(shè)計參數(shù)文件？(2) 怎樣対rom的設(shè)計參數(shù)文件進行軟件仿真測試？(3) 怎樣在gw48實驗臺上對rom進行測試？(4) 學(xué)習(xí)rom用verilog hdl語言的文木設(shè)計方法

12、(頂層文件用verilog hdl表達)。(5) 了解rom存儲器占用fpga中eab資源的情況。2. fpga中ram讀寫實驗一實驗?zāi)康?、了解fpga中ram模塊ram的功能2、掌握ram的參數(shù)設(shè)置和使用方法3、掌握ram作為隨機存儲器ram的工作特性和讀寫方法。二.實驗原理在fpga中利用嵌入式陣列塊eab可以構(gòu)成存儲器，ram的結(jié)構(gòu)如圖2-2-1 o從 datain7.o輸入的低8位數(shù)據(jù)由ext8to32.v述行冬擴展為32位輸入數(shù)據(jù)后，送入ram的左 邊data31.0j輸入，從右邊dataoih31.0_|輸岀，we 為讀/寫控制信號端。數(shù)據(jù)的寫入：當(dāng) 輸入數(shù)據(jù)和地址準(zhǔn)備好以后，e

13、lk是地址鎖存時鐘，當(dāng)信號上升沿到來時，地址被鎖存，數(shù) 據(jù)寫入存儲單元。數(shù)據(jù)的讀出：從addr4.o輸入存儲單元地址，在inclk信號上升沿到來時，該單元數(shù)據(jù) 從 dataout31.0輸出。we讀/寫控制端，低電平時進行讀操作，高電平時進行寫操作；inclk讀/寫時鐘脈沖；datain7.o低8位數(shù)據(jù)輸入端；dataf31.oram的32位數(shù)據(jù)輸入端；addrf4.oram的讀出和寫入地址； dataout31.0ram的32位數(shù)據(jù)輸出端。$cdatamem.bdf包 衛(wèi) a o 嗥二 ） =、口 o、r | “ 弓心© 矗壬 4 。圖2-2-1 lpmam_dp實驗電路圖三. 實

14、驗步驟（1）ram定制與rom基木相同，實驗步驟也類似。按圖221輸入電路圖，同樣使 用工具mega wizard plug-in manager。設(shè)置地址總線寬度address和數(shù)據(jù)總線寬度q,分別 為5位和32位,并進行編譯、仿真、引腳鎖定、fpga配置。（2）注意，ram也能加入初始化文件scdatamem.mif （數(shù)據(jù)存儲器的初始化文件）， 注意此文件加入的路徑表達和文件表達（圖2-2-2）： scdatamem.m訐，（后綴m訐要小寫）； 同時擇在系統(tǒng)讀寫ram功能，ram的id名取為：mm2。（3）通過鍵1、鍵2輸入ram的低8位數(shù)據(jù)（選擇實驗電路模式1）,鍵3、鍵4輸入 存儲器

15、的5位地址。鍵8控制讀/寫允許，低電平吋讀允許，高電平吋寫允許；鍵7 （clk0） 產(chǎn)生讀/寫時鐘脈沖，即生成寫地址鎖存脈沖，對nun進行寫/讀操作。注，工程名是scdatamem.qpf,卜載scdatamem.sof至實驗臺上的fpga,選擇實驗電路 模式為no.1,按以上方式首先進行驗證實驗。首先控制讀出初始化數(shù)據(jù)，與載入的初始化 文件scdatamem.m訐中的數(shù)據(jù)進行比較，然后控制寫入一些數(shù)據(jù)，再讀出比較。使用在系統(tǒng) 讀寫ram的工具對其中的數(shù)據(jù)進行讀寫操作（圖2-2-3）,設(shè)置成連續(xù)讀模式，將在系統(tǒng)讀 寫工具窗口的數(shù)據(jù)與實驗箱上數(shù)碼管上顯示的數(shù)據(jù)對照起來看。越 ram: 1-por

16、t冬out | |poajmen3on5 summaryrcgs/ciken/bytc enabte/aclrsmem initwidths/eik type/ciksnn par arfteterdo you went to specfy the inwai content of the memory? o nq, leave it blankinitialize memory content data to xx.x on power-up in simulation© yes, use this file for the memory content data(you can

17、use a hexadecimal (intel-formot) file .hex or a memory initialization filethe 'innce id* of this ram is：ramzcancel < back 1= next > i| finish圖2-2-2 ram加入初始化文件和選擇在系統(tǒng)讀寫ram功能r 052:0000000000000000000600000000oooooc00000000000012000000000000180000000000001e00000000o o o o oo o o o o oo o o o o

18、 oo o o o o o o o o o o oo o o o o o o0 0 0 3 0 o o o a o o o o o o o o o o oo o o o ofile edit view processing tools windowinstance manager:苛遜i凰rea® to acquire區(qū)1xjtag chain configiration:jtag rea®0index instance id1 status| widthi depth1 type| modec1not runreig3232rjw/romhardware| usb blaster usb-0setup.device:|1:ep1c12|oxo2o830dd)jscan chan 1file:i圖2 2 3使用在系統(tǒng)讀寫工貝對ram中的數(shù)據(jù)進行讀寫操作四. 實驗要求(1) 實驗前認(rèn)真復(fù)習(xí)運算器和存儲器部分的有關(guān)內(nèi)容；(2) 記錄實驗數(shù)據(jù)，寫出實驗報告，給出仿真波形圖。(3) 通過木實驗，對fpga屮eab構(gòu)成的lpm-rom存儲器有何認(rèn)識，有什么收獲？五思考題與實驗題(1) 如何在圖形編