采用FPGA与SRAM的大容量数据存储的设计

2012-07-14 10:35:45来源: 电子产品世界

1 前言

 针对FPGA中内部BlockRAM有限的缺点,提出了将FPGA与外部SRAM相结合来改进设计的方法,并给出了部分VHDL程序。

  2 硬件设计

  这里将主要讨论以Xilinx公司的FPGA(XC2S600E-6fg456)和ISSI公司的SRAM(IS61LV25616AL)为主要器件来完成大容量数据存储的设计思路。

  FPGA即现场可编程门阵列,其结构与传统的门阵列相似,大量的可编程逻辑块( CLB , Configurable Logic Block ) 在芯片中央按矩阵排列,芯片四周为可编程输入/输出块( IOB , Input / Output Block),CLB行列之间及CLB和IOB之间具有可编程的互连资源(ICR,InterConnectResource)。CLB、IOB和ICR都由分布在芯片中的SRAM静态存储单元控制,SRAM中的数据决定FPGA的功能,这些数据可以在系统加电时自动或由命令控制从外部存储器装入。

  在进行数据存储时,可直接将数据写入FPGA内部的BlockRAM中,在一定程度上减少了FPGA的资源分配。但FPGA内部自带的RAM块毕竟是有限的,当需进行大容量数据存储时这有限的RAM块是远远不能满足系统设计要求的。此时,就需要将FPGA与外部RAM相结合完成大容量数据存储。

  3 IS61LV25616AL功能简介

  IS61LV25616AL是IntegratedSiliconSolution公司(ISSI)的一款容量为256K×16的且引脚功能完全兼容的4Mb的异步SRAM,可为Xilinx公司的Spartan-2E系列FPGA提供高性能、高消费比的外围存储。除了256K×16异步SRAM外,ISSI还提供128K×16、512K×16、256K×8、512K×8和1M×8的异步SRAM。

  3.1 主要特征

  (1)工作电压:3.3伏;

  (2)访问时间:10ns、12ns;

  (3)芯片容量:256K×16;

  (4)封装形式:44引脚TSOPII封装,也有48引脚mBGA和44引脚SOJ封装;

  (5)采用0.18μm技术制造。

3.2 引脚功能

  (1)A0~A17:18位的地址输入线;

  (2)IO0~IO15:16位的三态数据输入输出线;

  (3)写控制线;

  (4)片选信号;

  (5)输出使能信号;

  (6)低字节、高字节使能信号;

  (3)~(6)的控制线均为低电平有效。

  3.3 控制逻辑电路设计

  控制逻辑由FPGA来实现。主要包括读地址产生器、写地址产生器、读写时钟信号产生器及读写控制等几部分。下面分别加以讲述。

(1)写地址产生器:由于设计时采用256K×16的SRAM,故有18位地址,写地址产生器用18位计数器实现。靠外部时钟驱动,每进行一次写操作后,读写控制单元产生计数脉冲,使其增1,直到18位计数器计满再循环写入地址为0的空间。

  (2)读地址产生器同上,也采用18位计数器实现,根据系统要求,每隔一定的采样周期将读地址指针偏移一定偏移量,并从该位置读取数据。

  (3)读写地址选择器由于读写地址复用管脚,因此在读写操作时,必须选通相应的地址。这就需要由FPGA控制芯片上的等控制信号来对SRAM进行读写的操作。

  (4)此外,由于读写之间的切换,数据线上的数据在切换瞬间如不加处理会出现混乱现象。因此,为避免读、写操作发生冲突,数据线呈三种状态,读数据、写数据及高阻态。在从写到读的过程中需给数据线上送高阻态。

  (5)当需要对SRAM进行写操作时,由FPGA控制产生写地址选通信号,该选通信号为一单脉冲形式,如图四中该脉冲下降沿触发SRAM,告知开始对RAM进行写操作,使FPGA输出写地址,同时给数据线上送数据。在写操作期间,片选信号始终保持低电平,而写地址选通信号上升沿到来时使写地址计数器增1。以此类推,通过写地址选通信号高低电平变化完成对数据依次写入。需要注意的是,地址线和数据线在为高时可同时赋新值,但只有在变低后赋予数据线上的新值才有效。

对SRAM进行读操作相对较简单,在进行读操作期间,始终为低电平,始终为高电平。每进行一次读操作,地址按系统要求变化一次。同时注意,地址的变化时刻总要先于数据的变化时刻。图五为RAM读操作时序。

 4结论

  该系统已应用在罗兰—C导航接收机的信号处理中。实验证明,此设计可靠稳定地完成了大容量高速异步数据存储,进一步提高了系统的性能。

关键字:SRAM

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2012/0714/article_9558.html
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