AG32 FPGA 的 Block RAM 资源：M9K 使用

1. 概述

AG32 FPGA 包含了 4 个 M9K 块，每个 M9K 块的容量为 8192 bits，总计为 4 个 M9K（4K bytes）。这使得 AG32 的内部存储非常适合嵌入式应用，能够有效地利用片上资源。

M9K 参数

参考自《AGRV2K_Rev2.0.pdf》。

2. M9K 的全同步存储限制

在M9K 参数介绍中提到，M9K 不支持异步或非寄存器化的存储输入。这意味着，M9K 块只能用于全同步（fully-synchronous）的 SRAM 操作模式，所有读写操作必须依赖于时钟信号，而不能在没有时钟控制的情况下进行。这有助于确保操作的时序稳定性和数据的正确性。

同步操作

同步操作依赖时钟信号的边沿（通常是上升沿）来触发数据传输。所有存储的写入和读取操作都需要时钟的参与。

示例代码：

always @(posedge clk) begin
    if (write_enable)
        my_ram[addr] <= data_in;  // 写操作发生在时钟上升沿
    else
        data_out <= my_ram[addr]; // 读操作发生在时钟上升沿
end

异步操作

异步操作则不依赖时钟信号，数据的传输随时可以进行。这种操作方式在 M9K 中是不支持的。

示例代码：

always @(*) begin
    if (write_enable)
        my_ram[addr] = data_in;  // 写操作异步进行
    else if (read_enable)
        data_out = my_ram[addr]; // 读操作异步进行
end

3. M9K 的使用模式

Altera官方文档指出，M9K 支持多种操作模式，具体模式可在官方链接中找到。常见的两种使用方式如下：

方式1：通过 IP 核进行存储控制

使用 IP 核（如 FIFO、RAM 等）可以灵活配置 M9K 资源。

可以在设置过程中选择不同的资源类型。例如下图中FIFO IP的配置：

方式2：使用 ramstyle 合成属性

Verilog 中的 ramstyle 属性允许我们通过 HDL 代码来指定 FPGA 内部的存储资源。通过设置该属性，我们可以将寄存器数组映射到特定的 BRAM（Block RAM）资源上。

官方关于 ramstyle 的文档可以在这里找到，截图如下：

示例代码：

1. 在以下代码中，指定了my_ram应使用M144K内存块实现：

(* ramstyle = "M144K" *) reg [0:7] my_ram[0:63]; 

2. 另外，也可以在推断RAM的变量声明之后的注释中嵌入合成属性：

reg [0:7] my_ram[0:63] /* synthesis ramstyle = "M144K" */;

在上面两个例子中，my_ram 数组被指定为使用 M144K 块。

此外，Altera FPGA其他可用的存储类型包括（具体与FPGA型号有关）：

通过这种方式，我们可以精确控制存储资源的使用，确保设计的存储需求与 FPGA 的硬件资源相匹配。

4. Block RAM存储设计的注意事项

1. 在使用 M9K 存储时，需要确保操作是同步的。由于 M9K 不支持异步操作，因此我们必须确保读写操作与时钟同步，即使用合适的时钟信号控制数据传输。
2. 在实际使用中，发现AG32的M9K只能通过IP核的形式进行调用，不支持ramstyle 合成属性。