湘潭大学计算机原理试验二ROM存储器与RAM存储器试验报告教材

1、计算机原理与设计实验报告实验二 存储器实验姓名：XXX学号：2013551728班级：13 级软件工程 2 班实验日期： 2014 年 10 月 29 日实验地点信息楼 605硬件环境Intel(R) Core ? i3-3240 ,1.91GB系统环境Windows XP SP3设计软件Quartus II 13.0器件型号EP1C12QC240C81.FPGA 中 ROM 定制与读出实验一实验目的1、掌握 FPGA 中 ROM 的设置，作为只读存储器 ROM 的工作特性和配置方法。2、用文本编辑器编辑 mif 文件配置 ROM ，学习将程序代码以 mif 格式文件加载于 ROM 中；3、在

2、初始化存储器编辑窗口编辑 mif 文件配置 ROM ；4、验证 FPGA 中 ROM 的功能。二实验原理ALTERA 的 FPGA 中有许多可调用的模块库， 可构成如 rom 、ram、fifo 等存储器结构。 CPU 中的重要部件，如 RAM 、 ROM 可直接调用他们构成，因此在 FPGA 中利用嵌入式阵列块 EAB 可以构成各种结构的存储器， ROM 是其中的一种。 ROM 有 5 组信号：地址信号 address 、数据信号 q 、时钟信号 inclock 、 outclock 、允许信号 memenable，其参数都是 可以设定的。由于 ROM 是只读存储器，所以它的数据口是单向的输

3、出端口， ROM 中的数 据是在对 FPGA 现场配置时，通过配置文件一起写入存储单元的。图 2-1-1 中的 ROM 有 3 组信号： inclk 输入时钟脉冲； instruction31.0 lpm_ROM 的 32 位数据输出端； a4.0 lpm_ROM 的 5位读出地址。实验中主要应掌握以下三方面的内容：（1）ROM 的参数设置；（2）ROM 中数据的写入，即 FILE 初始化文件的编写；（3）ROM 的实际应用，在 GW48_CP+ 实验台上的调试方法。三实验步骤（1）新建工程。工程名是 scinstmem.qpf 。（2）用初始化存储器编辑窗口编辑 ROM 配置文件（文件名 .

4、mif ）。这里预先给出后面将要 用到的指令存储器初始化文件： scinstmem.mif 。如下图， scinstmem.mif 中的数据是机器指 令代码。scinstmem.mif 中的数据（3）模块设计。 用图形编辑， 宏功能块。设置地址总线宽度 入输出引脚，如图设置和连接。使用工具 Mega Wizard Plug-In Manager ，定制指令存储器 romaddress和数据总线宽度 q ，分别为 5 位和 32 位,并添加输ROM 的结构图在设置 rom 数据参数选择项 file 的对应窗口中（下图） ，用键盘输入 ROM 配置文件的路径 （ scinstmem.mif ），然

5、后设置在系统 ROM/RAM 读写允许，以便能对 FPGA 中的 ROM 在系 统读写。设置在系统 ROM/RAM 读写允许（4）全程编译。（5）画波形文件并进行功能仿真。波形如上图。（6）引脚锁定。 引脚分配如下表：Node NameLocationclkPIN 240a4PIN 6a3PIN 4a2PIN 3a1PIN 2a0PIN 1instruction31PIN 168instruction30PIN 167instruction29PIN 166instruction28PIN 165instruction27PIN 164instruction26PIN 163instructi

6、on25PIN 162instruction24PIN 161instruction23PIN 160instruction22PIN 159instruction21PIN 158instruction20PIN 141instruction19PIN 140instruction18PIN 139instruction17PIN 138instruction16PIN 137instruction15PIN 136instruction14PIN 135instruction13PIN 134instruction12PIN 133instruction11PIN 132instructi

7、on10PIN 128instruction9PIN 41instruction8PIN 21instruction7PIN 20instruction6PIN 19instruction5PIN 18instruction4PIN17instruction3PIN16instruction2PIN15instruction1PIN14instruction0PIN13（7）全程编译。（8）编程下载。下载 SOF 文件至 FPGA ，改变 ROM 的地址 a4.0 ，外加读脉冲，通过实 验台上的数码管比较读出的数据是否与初始化数据 （scinstmem.mif 中的数据 ）一致。 注，工程名是

8、 scinstmem.qpf，下载 scinstmem.sof 示例文件至实验台上的 FPGA ，选择实验 电路模式仍为 NO.0， 32 位数据输出由数码 8 至数码 1 显示， 5 位地址由键 2、键 1 输入， 键 1 负责低 4 位，地址锁存时钟 CLK 由键 8 控制，每一次上升沿，将地址锁入，数码管 8/7/6/5/4/3/2/1 将显示 ROM 中输出的数据。发光管 8 至 1 显示输入的 5 位地址值。（ 9）在系统读写。打开 QuartusII 的在系统存储模块读写工具 In-system Momery_Content Editor ，了解 FPGA 中 ROM 中的数据，并

9、对其进行在系统写操作（下图） 。在系统存储模块读写 （10）实验数据记录 实验数据如下表：a245717instruction20050004AC820008C8900002005000380000172 FPGA 中 RAM 读写实验一实验目的1、了解 FPGA 中 RAM 模块 ram 的功能2、掌握 ram 的参数设置和使用方法3、掌握 ram 作为随机存储器 RAM 的工作特性和读写方法。二实验原理在 FPGA 中利用嵌入式阵列块 EAB 可以构成存储器， ram 的结构如下图。从 DATAIN7.0 输入的低 8 位数据由 ext8to32.v 进行零扩展为 32 位输入数据后， 送

10、入 ram 的左边 data31.0 输入，从右边 out31.0 输出， wren 为读/写控制信号端。数据的写入：当输入数据和地 址准备好以后， clk 是地址锁存时钟，当信号上升沿到来时，地址被锁存，数据写入存储单 元。数据的读出：从 address4.0输入存储单元地址，在 clk 信号上升沿到来时，该单元数据从 out31.0 输出。wren 读/写控制端，低电平时进行读操作，高电平时进行写操作；clk 读/写时钟脉冲； DATAIN7.0 低 8位数据输入端； data31.0 RAM 的 32位数据输入端； address4.0 RAM 的读出和写入地址； out31.0 RAM

11、 的 32 位数据输出端。lpm_ram_dp 实验电路图三实验步骤1）RAM 定制与 ROM 基本相同， 实验步骤也类似。 按图输入电路图， 同样使用工具 MegaWizard Plug-In Manager 。设置地址总线宽度 address和数据总线宽度 q ，分别为 5 位和 32 位,并进行编译、仿真、引脚锁定、 FPGA 配置。（ 2）注意， RAM 也能加入初始化文件 scdatamem.mif （数据存储器的初始化文件） ，注意 此文件加入的路径表达和文件表达（下图） ： scdatamem.mif ,（后缀 mif 要小写）；同时择 在系统读写 RAM 功能， RAM 的 I

12、D 名取为： ram2。RAM 加入初始化文件和选择在系统读写 RAM 功能（3）波形仿真波形仿真结果如下：引脚分配图下表：Node NameLocationaddress4PIN 6address3PIN 4address2PIN 3address1PIN 2address0PIN 1clkPIN 169DATAIN7PIN 240DATAIN6PIN 239DATAIN5PIN 238DATAIN4PIN 237DATAIN3PIN 236DATAIN2PIN 235DATAIN1PIN 234DATAIN0PIN 233out15PIN 136out14PIN 135out13PIN 1

13、34out12PIN 133out11PIN 132out10PIN 128out9PIN 41out8PIN 21out7PIN 20out6PIN 19out5PIN 18out4PIN 17out3PIN 16out2PIN 15out1PIN 14out0PIN 13wrenPIN 173（5）通过键 1、键 2输入 RAM 的低 8位数据（选择实验电路模式 1），键 3、键 4输入存储 器的 5 位地址。键 8 控制读 /写允许，低电平时读允许，高电平时写允许；键7（ CLK0 ）产生读 / 写时钟脉冲，即生成写地址锁存脉冲，对ram 进行写 /读操作。注，工程名是 scdatamem.qpf，下载 scdatamem.sof 至实验台上的 FPGA ，选择实验电路模式 为 NO.1 ，按以上方式首先进行验证实验。首先控制读出初始化数据，与载入的初始化文件 scdatamem.mif 中的数据进行比较，然后控制写入一些数据，再读出比较。使用在系统读写 RAM 的工具对其中的数据进行读写操作 （下图），设置成连续读模式， 将在系统读写工具窗 口的数据与实验箱上数码管上显示的数据对照起来看。