基于Actel FPGA的雙端口RAM設計

雙端口RAM芯片主要應用于高速率、高可靠性、對實時性要求高的場合，如實現DSP與PCI總線芯片之間的數據交換接口電路等。但普通雙端口RAM最大的缺點是在兩個cpu發生競爭時。有一方CPu必須等待，因而降低了訪問效率。

IDT公司推出的專用雙端口RAM芯片解決了普通雙端口RAM內部競爭問題，并融合了中斷、旗語、主從功能。它具有存取速度快、功耗低、可完全異步操作、接口電路簡單等優點，但缺點也非常明顯，那就是價格太昂貴。

為解決DT專用雙端口RAM芯片的價格過高問題，廣州致遠電子有限公司推出了一種全新的基于Actel PPGA的雙端口RAM的解決方案。該方案采用Actel FPGA實現，不僅具有IDT專用雙端口RAM芯片的所有性能特點，更是在價格上得到了很大改善，以A3P060雙端口RAM為例，在相同容量(2K字節)下，其價格僅為IDT專用芯片的六分之一。

1 概述

(1)功能概述

基于Actd FPGA的雙端口RAM解決方案具有兩套獨立的地址線、數據線和控制信號線，允許兩個控制器件中的數據通過其同連接的存儲器來進行通信。其功能特點有：

·內含仲裁邏輯，可解決同時讀寫同一地址問題；

·具有中斷邏輯，允許通過端口直接進行通信；

·帶有旗語通訊邏輯，允許兩個控制器共享資源；

·采用主、從模式，可方便地擴展RAM數據寬度。

(2)系統框圖

圖1展示的是基于Actel FPGA的雙端口RAM解決方案外圍接口與內部結構圖。內部結構朔由RAM模塊、接口模塊、中斷模塊、仲裁模塊和旗語模塊構成，該雙端口RAM解決方案引腳說明如表1所示。

該雙端口RAM功能完善，易于軟件編程和控制，速度也較快，非常適合于雙cPu共享內存。其主要性能如下：

·允許同時讀取同一存儲單元；

·可進行高速訪問，最高頻率可達60MHZ；

·利用M／S模式可級聯擴展數據寬度；

·具有片內端口仲裁邏輯和中斷標志；

·片內硬件支持端口間的旗語通訊；

·各端口完全異步操作；

·與TTL電平兼容，采用3.3V電壓供電。

2 詳細功能介紹

(1)中斷

在一個雙CPu系統中，一般均需要互相通信，這需要雙端口RAM中斷邏輯進行中斷處理。基于Actel PPGA的雙端口RAM解決方案中斷邏輯的最后兩個存儲單元(7FE和7FF)用作兩端口的中斷產生器。圖2展示的是中斷時序示意圖。

(2)仲裁

在雙端口RAM系統中，有時會發生雙CPU同時訪問同一存儲單元的情況，分兩種情況：第一種情況是一個CPU在讀，而另一個在寫，此時會讀出一個錯誤的數據；第二種情況是兩個CPU同時寫，此時寫入數據為兩端口數據之合成。仲裁邏輯電路則專門用于解決此問題，圖3展示的是仲裁邏輯示意圖。

(3)旗語

在雙端口RAM應用中，經常需要暫時指定一塊存儲區只供一端CPU使用。例如，把一個CPU運算出的一批數據結果一次寫人存儲器供另一CPU調用，這種情況稱為塊配置。塊配置應避免地址仲裁問題，因為一個CPU在使用塊配置時，不希望另一個CPu使用這些單元，旗語通訊邏輯提供了一套適于塊配置的功能，圖4展示的是旗語邏輯時序示意圖。

(4)雙端口RAM的擴展

雙端口RAM的擴展分為深度擴展和寬度擴展兩個方面，深度擴展與常規的RAM擴展一樣，如兩個A3P060雙端口RAM可擴展為4k×8b的雙端口RAM。圖5展示的是寬度擴展的邏輯框圖，兩個A3P060雙端口RAM可擴展為2kx 16b雙端口RAM。

3 市場應用

基于Actel FPGA的雙端口RAM解決方案主要應用于數據的存儲，可方便擴展RAM容量。旗語功能可將RAM劃分為多個部分，方便進行存儲塊操作。Actel FPGA雙端口RAM解決方案典型應用如圖6所示。

4 小結

本文主要介紹了基于Actel FPGA雙端口RAM解決方案的擴展功能(中斷、仲裁、旗語等)，以后還將推出更多基于Actel FPGA的產品和解決方案，敬請關注周立功公司的網站www.zlgmcu.com以獲得更多的信息。我們有著一個接近30i的FPGA團隊提供強有力的售后服務和技術支持，解決用戶在產品使用和研發過程中遇到的困難。若有更多的需求可以與我們聯系，我們將會竭誠為您服務，并能關注下期的FPGA專題技術講座。