湘潭大學計算機原理實驗二ROM存儲器與RAM存儲器實驗報告材料

1、計算機原理與設計實驗報告實驗二 存儲器實驗： XXX學號： 2013551728班級： 13 級軟件工程 2 班 實驗日期： 2014 年 10 月 29 日實驗地點信息樓605硬件環(huán)境Intel(R) Core ? i3-3240 ,1.91GB系統(tǒng)環(huán)境Win dows XP SP3設計軟件Quartus II 13.0器件型號EP1C12QC240C81.FPGA中ROM 定制與讀出實驗一. 實驗目的1、掌握FPGA中ROM的設置，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，學習將程序代碼以 mif格式文件加載于 ROM中；3、 在初始化存儲器

2、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中有許多可調用的模塊庫，可構成如rom、ram、fifo等存儲器結構。CPU中的重要部件，如 RAM、ROM可直接調用他們構成，因此在FPGA中利用嵌入式陣列塊EAB可以構成各種結構的存儲器，ROM是其中的一種。ROM有5組信號：地址信號address卜數(shù)據(jù)信號 q卜時鐘信號in clock、outclock、允許信號 meme nable,其參數(shù)都是 可以設定的。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

3、。圖2-1-1中的ROM有3組信號：inclk輸入時鐘脈沖；instruction31.0lpm_ROM 的32位數(shù)據(jù)輸出端；a4.0 lpm_ROM 的5位讀出地址。實驗中主要應掌握以下三方面的容：(1) ROM的參數(shù)設置；(2) ROM中數(shù)據(jù)的寫入，即 FILE初始化文件的編寫；(3) ROM的實際應用，在 GW48_CP+實驗臺上的調試方法。三. 實驗步驟(1 )新建工程。工程名是sc in stmem.qpf。(2)用初始化存儲器編輯窗口編輯 ROM配置文件(文件名.mif)。這里預先給出后面將要 用到的指令存儲器初始化文件： scinstmem.mif。如下圖，scinstmem.m

4、if中的數(shù)據(jù)是機器指 令代碼。暨scinstmem-mifAddr+1+2*3t4+5+6+700sco-toooc34240Q5O200SO004ACCDOOSCSSOtJOU時244虺20500003QB2OAEFFFF34ASFFFF390855552009FFFF312AFFFF014-93D2511+9402601463S241Q010AQ001!030000062Q0S-FFFF00054301000344 (KJ0 00344Q3-000343C2080000171SBcsrnoo20840004010W02C30A5FFFF1 4AQFFFB00081000003EaQQ3sc

5、instmem.mif 中的數(shù)據(jù)（3）模塊設計。用圖形編輯, 宏功能塊。設置地址總線寬度 入輸出引腳，如圖設置和連接。使用工具 Mega Wizard Plug-In Manager，定制指令存儲器 romaddress和數(shù)據(jù)總線寬度 q，分別為5位和32位，并添加輸ROM的結構圖在設置rom數(shù)據(jù)參數(shù)選擇項file的對應窗口中（下圖），用鍵盤輸入 ROM配置文件的路徑（scinstmem.mif），然后設置在系統(tǒng) ROM/RAM 讀寫允許，以便能對 FPGA中的ROM在系 統(tǒng)讀寫。設置在系統(tǒng)ROM/RAM讀寫允許（4）全程編譯。（5 ）畫波形文件并進行功能仿真。伽警atOps&ckSO

6、dHUirCTiran HKTmnCCaira.is. - bps-Lr_rLn_rLnLrLn_rLnwrLnLTLn_rLn_n_rroiMUX【力）;血）（ir7 皿）piryr7 % 譏 ）Tn（咽曲«= iCl 吐山:阮*anoaM樂珂呱丫岡呷甑頤域辰ii詼cbtooq応詞砂盤悒叭徉併£揚阿B5%ii両也出帀:赧應滯霧血莎而"咖舊總映汗匸歩斥波形如上圖。（6）引腳鎖定。 引腳分配如下表:Node NameLocati onelkPIN_240a4PIN_6a3PIN_4a2PIN_3a1PIN_2a0PIN_1in structio n 31PIN_16

7、8in structio n30PIN_167in structio n29PIN_166in structio n28PIN_165in structio n27PIN_164in structio n26PIN_in structio n25PIN_162in structio n24PIN_161in structio n23PIN_160in structio n22PIN_159in structio n21PIN_158in structio n20PIN 141in structio n19PIN 140in structio n18PIN_in structio n17PINi

8、n structio n16PIN 137in structio n15PIN 136in structio n14PINin structio n13PIN 134in structio n12PINin structio n11PIN 132in structio n10PIN 128in structi on9PIN 41in structi on8PIN 21in structi on7PIN 20in structio n6PIN 19in structi on5PIN 18in structio n4PIN_17in structi on3PIN_16in structi on2P

9、IN_15in structi on 1PIN_14in structi on0PIN_13（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)據(jù)（scinstmem.mif中的數(shù)據(jù)）一致。注，工程名是 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負責低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

10、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。（9） 在系統(tǒng)讀寫。打開Quartusll的在系統(tǒng)存儲模塊讀寫工具In-system Momery_ContentEUEditor，了解FPGA中ROM中的數(shù)據(jù)，并對其進行在系統(tǒng)寫操作（下圖） 。In- Syct e w Eeciry C out ent Edit or F/fhiyan/ ran/ fcinftMew 一 ecIilsImmEdt 血幗MSfroWdtv tHo 耳£迫6缶“.購InKanwrjnaasr 叵氈 廚 科刪加虻厘卜導匚xJTAG Chari Cuifiijjraticd JTAG國XHarare

11、 LfE-BLEB2SetupC&i'Ie； liE"'lCJ2 (Ox£3D6 3EDJ)ScanCbialn:ntance Q： romlOODDOO3CJI00CO2400SOI2105DC00coJD18AC0J008 I- * S i Pa000DOSEC3S00DO口丄2440zzoz0050320FFrr盼AEIFrr4- d i- * $ 0 F -ii P 1a *4! faOODQOa39 Q55552D03FFF卩912 kFFFF01193D25OLIS1326S.UU r.1».,.IDV.EOODQCfCl463

12、&24口 101coIII凹0QQC0920DSFFFF00咋4?CQn yin i is Bi < 1 ri ii 4 C !003014.uJ844OCQL0544ja00oe勺3C208.UJOLTOUOQ*20003019EC3300DOZD恥COD40109池2 口20A5FFrrL-iADFFIB» d I- * -fa i >i! Q * a I- » faOODQlc10IDLOQC口 :OEco» i i- * J* 1 '在系統(tǒng)存儲模塊讀寫（10）實驗數(shù)據(jù)記錄 實驗數(shù)據(jù)如下表：a245717in structi on

13、20050004AC82000P 8C8900002005000380000172. FPGA中RAM讀寫實驗一. 實驗目的1、了解FPGA中RAM模塊ram的功能2、掌握ram的參數(shù)設置和使用方法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可以構成存儲器，ram的結構如下圖。從 DATAIN7.O 輸入的低8位數(shù)據(jù)由ext8to32.v進行零擴展為32位輸入數(shù)據(jù)后，送入ram的左邊data31.O 輸入，從右邊out31.0輸出，wren為讀/寫控制信號端。數(shù)據(jù)的寫入：當輸入數(shù)據(jù)和地址準備好以后，elk是地址鎖存時鐘，當信號上升

14、沿到來時，地址被鎖存，數(shù)據(jù)寫入存儲單丿元。數(shù)據(jù)的讀出：從 address4.O輸入存儲單元地址，在elk信號上升沿到來時，該單元數(shù)據(jù)從out31.0輸出。wren 讀/寫控制端，低電平時進行讀操作，高電平時進行寫操作；elk 讀/寫時鐘脈沖；DATAIN7.O低8位數(shù)據(jù)輸入端；data31.0 RAM的32位數(shù)據(jù)輸入端；address4.0 RAM 的讀出和寫入地址；out31.0 RAM 的32位數(shù)據(jù)輸出端。lpm_ram_dp實驗電路圖三. 實驗步驟(1) RAM定制與ROM基本相同，實驗步驟也類似。按圖輸入電路圖，同樣使用工具 Mega Wizard Plug-In Manager。設置

15、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 sedatamem.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(下圖) ：sedatamem.mif ,(后綴mif要小寫)；同時擇 在系統(tǒng)讀寫 RAM功能，RAM的ID名取為：ram2。RAM加入初始化文件和選擇在系統(tǒng)讀寫RAM功能(3 )波形仿真波形仿真結果如下:引腳分配圖下表:Node NameLocati onaddress4PIN_6address3PIN_4address2PIN_3address1PI

16、N_2address0PIN_1elkPIN_169DATAIN7PIN_240DATAIN6PIN_239DATAIN5PIN_238DATAIN4PIN_237DATAIN3PIN_236DATAIN2PIN_235DATAIN1PIN_234DATAIN0PIN_233out15PIN_136out14PIN_out13PIN_134out12PIN_out11PIN 132out10PIN 128out9PIN 41out8PIN 21out7PIN 20out6PIN 19out5PIN 18out4PIN 17out3PIN 16out2PIN 15out1PIN 14out0PI

17、N 13wrenPIN 173（5）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 器的5位地址。鍵8控制讀/寫允許，低電平時讀允許，高電平時寫允許；鍵 7（ CLK0 ）產(chǎn) 生讀/寫時鐘脈沖，即生成寫地址鎖存脈沖，對ram進行寫/讀操作。注，工程名是scdatamem.qpf,下載scdatamem.sof至實驗臺上的 FPGA，選擇實驗電路模式 為N0.1，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.mif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（下

18、圖），設置成連續(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。Irdfc- |1勾虹| MthUealhI lyp*M iieHof lunrihf32321Ellr EJit Fiu 睥工口目 1富 fliiidjrt-jrce怙 yET ElidgjjiB珂xURWn?r|UGH-n|加 blLJTifl- fl- 5 _n D D D 1 D n Q a _u lljm 0 nIJ oo ODO n 口 D D D o 0 fl- Qdciqag! n d Q 7 a o n n D D D Doo Q n d n- n uD o o o o3 o o 7- fl ODD - X orco ID n fl- a Hu Au1- oD DLIIJDDDDO D D D o 3 oOOH 0a- a o a 3 D D D D u OODr-L _u o o o _ n Q n ooDrlDoao 口叩nraog00ILn. Dano.LoaoaDCDOODa00QDloaoaizDOac 0ioaoatsI"ann