Verilog实现RAM(3-单端口同步写、异步读SRAM)

最新推荐文章于 2025-06-07 12:11:10 发布
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#verilog #fpga #sram

本文介绍了如何使用Verilog实现一个单端口同步写、异步读的SRAM，详细阐述了其工作原理和代码实现。通过参数定义，实现了SRAM位宽和深度的可调性。仿真结果显示，该SRAM的写操作与时钟同步，而读操作则异步进行，符合设计预期。

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 在之前的工作中，我们对常见存储器件进行了名词扫盲，并通过调用IP核实现了简单的同步读写SRAM；并进一步对同步读写SRAM进行了Verilog描述----实现一个位宽8bit，深度16bit的单端口SRAM；这部分工作见：

Verilog实现RAM（1）

Verilog实现RAM(2-单端口同步读写SRAM)

现在在之前工作的基础上，进一步实现单端口同步写，异步读SRAM

一、原理

异步SRAM，不是与特定的时钟信号同步运行，而是根据输入信号的状态运行的。因为没有信号表明读取时已确定了有效数据，也没有信号表明写入时已接收到数据，所以，需要获取制造商的数据手册，根据时序图，按“应该已读出有效数据”及“应该能接收数据”这样的条件，进行存储器的设计。（这段话摘自https://www.cnblogs.com/geekite/p/4384322.html）

与单端口同步读写SRAM类似，单端口同步写，异步读SRAM

输入端口有：

    reg [3:0]a;//输入地址（RAM深度为16，对应地址位宽为4）

    reg clk;//时钟

    reg we;// write enable，写使能时进行RAM写操作

    reg oe;// output enable，输出使能时RAM读取的结果才能输出

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### 使用 Verilog 实现 SRAM 的设计与仿真 #### 单端口 SRAM 设计 静态随机存取存储器 (SRAM) 是一种不需要刷新电路就能保存其内部存储数据的高速缓存器件。为了实现单端口 SRAM，在Verilog 中可以通过定义模块来模拟其行为。 下面是一个简单的单端口 SRAM 模块的例子： ```verilog module sram_single_port( input wire clk, input wire we, // Write Enable Signal input wire [ADDR_WIDTH-1:0] addr, input wire [DATA_WIDTH-1:0] data_in, output reg [DATA_WIDTH-1:0] data_out ); parameter ADDR_WIDTH = 4; // Address Bus Width parameter DATA_WIDTH = 8; // Data Bus Width reg [DATA_WIDTH-1:0] mem [(2**ADDR_WIDTH)-1:0]; always @(posedge clk) begin if (we) mem[addr] <= data_in; data_out <= mem[addr]; end endmodule ``` 此代码段展示了如何创建一个带有写使能信号 `we` 和同步读/写操作的简单 SRAM 存储单元[^1]。 #### 双端口异步 SRAM 设计 对于更复杂的场景，比如需要两个独立的操作接口，则可以考虑构建双端口异步 SRAM。这里的关键在于区分两个不同的访问路径，并允许它们由各自的时钟控制。 以下是简化版的异步双端口 SRAM 示例： ```verilog module async_sram_dual_port( input wire clk_a, // Clock for Port A input wire we_a, // Write Enable for Port A input wire [ADDR_WIDTH_A-1:0] addr_a, input wire [DATA_WIDTH_A-1:0] data_in_a, input wire clk_b, // Clock for Port B input wire we_b, // Write Enable for Port B input wire [ADDR_WIDTH_B-1:0] addr_b, input wire [DATA_WIDTH_B-1:0] data_in_b, output reg [DATA_WIDTH_A-1:0] data_out_a, output reg [DATA_WIDTH_B-1:0] data_out_b ); // Define parameters as needed. parameter ADDR_WIDTH_A = 4; parameter DATA_WIDTH_A = 8; parameter ADDR_WIDTH_B = 4; parameter DATA_WIDTH_B = 8; reg [DATA_WIDTH_A-1:0] ram[(2**ADDR_WIDTH_A)-1:0]; // Process for port A operations always @(posedge clk_a or posedge we_a) begin if (we_a) ram[addr_a] <= data_in_a; data_out_a <= ram[addr_a]; end // Process for port B operations always @(posedge clk_b or posedge we_b) begin if (we_b) ram[addr_b] <= data_in_b; data_out_b <= ram[addr_b]; end endmodule ``` 这段代码实现了具有两套完全分离输入输出通道的异步双端口 SRAM 结构[^2]。 #### 测试平台与仿真 完成上述任一类型的 SRAM 编码之后，还需要编写相应的测试程序来进行功能验证。这通常涉及到设置初始条件、施加激励以及观察响应变化的过程。例如，向特定地址位置写入一系列数值并随后从中读回这些值以确认一致性。 ```verilog initial begin $dumpfile("sram.vcd"); $dumpvars(0, tb_top); // Assuming &#39;tb_top&#39; is the top-level testbench module name // Initialize signals here... // Apply stimulus and check results... #1000 $finish; // Simulate for some time before ending simulation end ``` 通过这种方式可以在 Vivado 或其他 EDA 工具中运行仿真实验，从而确保所编写的 SRAM 行为符合预期[^3]。
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