[FPGA IP系列] FPGA常用存储资源大全（RAM、ROM、CAM、SRAM、DRAM、FLASH） 本文主要介绍FPGA中常用的RAM、ROM、CAM、SRAM、DRAM、FLASH等资源。 一、RAM RAM(Random Access Memory)是FPGA中最基本和常用的内部存储块，根据不同架构可以实现不同容量，最大可达几十Mb。 FPGA中的RAM主要包括:分布式RAM：存在于逻辑块(LE)中的小容量RAM,通常为几百比特到几千比特。块RAM：FPGA中专门用于实现RAM功能的大容量存储块,每个块RAM容量从几kb到几十kb不等。UltraRAM：某些高端FPGA特有的大容量RAM块,比块RAM具有更高的密度和带宽。 1、分布式RAM 分布式RAM利用查找表(LUT)的功能实现，不需要占用额外Flip-Flop，但会占用可用于逻辑实现的LUT资源。 每个LUT可以实现一个小容量的RAM，例如6输入LUT实现64位RAM。 注意分布式RAM只能实现同步读写操作。 2、块RAM 每个块RAM通常有单端口、双端口和四端口版本。 支持同步读写操作，可以通过多端口实现FIFO等功能。 例如Xilinx UltraScale FPGA中一个块RAM容量为36kb，位宽可配置,延时很小，频率可以达到550MHz。 3、UltraRAM UltraRAM集成在部分高端FPGA中，每个UltraRAM可以达到数十Mb的容量,具有比块RAM更高的密度和带宽。 UltraRAM可以与块RAM一起使用，实现更大容量的存储解决方案。 Verilog 代码示例 二、 ROM ROM(Read-Only Memory)是只读存储器，用于存放不需修改的数据。 FPGA中的ROM主要有:分布式ROM：使用LUT实现,容量很小。块ROM：使用块RAM实现,容量较大。 ROM在配置时写入数据,之后数据不能修改。ROM主要用于存放程序代码等不变数据。 Verilog 代码示例 三、CAM CAM（Content-Addressable Memory）是一种特殊类型的内存结构，也称为内容可寻址存储器，可以通过内容查找数据所在位置。 FPGA中的CAM主要应用有:网络查找:根据目的地址查找路由端口。缓存查询:根据TAG查询缓存中是否存在数据。 CAM的工作原理是基于硬件电路的快速匹配。 当输入一串数据时，CAM会同时比较这串数据与内部存储的所有数据项。如果找到完全匹配的数据项，CAM就会输出该数据项的地址。 CAM的优点包括：高速查找、精确匹配、并行处理。 CAM的缺点：容量受限、功耗较高、价格昂贵。 四、SRAM SRAM(Static RAM)是一种常用的随机访问存储器（RAM）类型，它以静态方式存储数据，不需要定期刷新。也称为静态随机存储器。 SRAM在速度和功率消耗方面表现优异，但是容量较小，成本较高。 SRAM通常用于存储CPU或FPGA内部的寄存器、缓存或临时变量等。 SRAM主要由存储单阵列、地址解码器和读写控制电路等组成。每个存储单都包含一个双口RAM，可以独立地进行读/写操作。每个RAM有两位，即一个存储单可以存储一个比特（bit）的数据。 SRAM还可以实现预读取功能，即在读取数据的同时，预读下一个数据，从而提高访问速度。此外，SRAM还可以实现双端口访问，即同时对两个不同的存储单进行读写操作。 Verilog 代码示例 五、 DRAM 全称动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory），是一种用于存储和访问大规模数据的主要存储器技术。 DRAM以其高密度、容量大和低功耗等特点，以Gigabit（Gb）为单位提供大容量存储，在FPGA中得到广泛的应用，比如常见的DDR3、DDR4等等。 FPGA的DRAM可以使用不同的接口标准，如DDR3、DDR4、LPDDR、HBM等。这些接口标准定义了DRAM与其他系统组件（如处理器、其他存储器、外设等）之间的通信协议和物理连接。 相比SRAM，DRAM拥有更大的容量，顺序读写速度快，随机读写速度慢。 Verilog 代码示例 六、FLASH FLASH是一种非易失存储器，断电后保持数据，容量小，但成本低廉。 FPGA中的FLASH主要用于:存储配置文件：许多FPGA使用FLASH来保存配置文件。程序存储：用于存储代码和数据。 FLASH存储器以块为单位进行擦除和写入操作。擦除操作需要将整个块中的数据清除，而写入操作只需修改需要更新的部分数据。 写入操作通常采用位编程（bit programming）的方式进行。在位编程中，根据需要将存储单的电荷状态改变，以表示0或1的值。 与其他存储器类型相比，FLASH存储器的读取延迟较高，而擦除和写入操作的速度也相对较慢。此外，FLASH存储器的擦写次数有限，通常在百万到数十亿之间。 Verilog 代码示例 七、总结 FPGA提供了多种内部和外部的存储器解决方案，根据需要可以灵活使用，构建存储器系统。合理利用各类存储器的优缺点，可以在成本、容量和速度上取得最佳平衡。 本文将不断定期更新中，码字不易，点⭐️赞，收⭐️藏一下，不走丢哦 本文由FPGA入门到精通原创，有任何问题，都可以在评论区和我交流哦 @FPGA入门到精通免费学习资料，github开源代码：“FPGA知识库” 您的支持是我持续创作的最大动力！如果本文对您有帮助，请给一个鼓励，谢谢。 扩展阅读： FPGA终于可以愉快地写代码了！Vivado和Visual Studio Code黄金搭档 – 知乎 (zhihu.com) FPGA开发软件（vivado + modelsim）环境搭建（附详细安装步骤+软件下载） – 知乎 (zhihu.com) FPGA基础系列文章汇总 – 知乎 (zhihu.com) Vivado常用使用技巧系列文章汇总 – 知乎 (zhihu.com) FPGA优秀书籍推荐文章汇总 – 知乎 (zhihu.com) FPGA学习网站、开源网站和论坛网站汇总 – 知乎 (zhihu.com)
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