基于FPGA的嵌入式块SRAM的设计(2)

　　片选地址译码由地址和地址使能组成，而地址使能则是由WIDTH_SEL《0∶2》配置决定的。

　　图3 片选译码

　　译码所得的A《11∶8》_DEC《0∶15》即可实现片选存储。当配置为1 位时，4 位地址均有效，译出的16位中只有1 位有效，只能选择16 片中的1 片。当配置为2 位时，ADDR《11》使能无效，译出16位中有连续2 位有效，能选择16 片中连续2 片。当配置为4 位时，译出16 位中有连续4 位有效，能选择16 片中连续4 片。配置为8 位就能选择16 片中的上8 片或下8 片。配置为16 位，4 个地址均无效，译出的16 位全有效，16 片全选。经过了片选的一级译码，列译码还需经过第二级的片内译码。

　　图4 片内译码

　　A《11∶8》_DEC与A7 译码均为低有效，A6译码为高有效。之所以能够用或门译码，是因为没被译码的一对BL 和BLN 位线上的数据是不会被写入存储单元的，如A7《0》为1，A《11∶8》_DEC为1，BL《0》与BLN《0》均为1，即使字线打开了，它们也是不会被写入存储阵列的。而被译码选中的一对位线，BL与BLN 互补，它们上的数据即可被写入存储单元。

　　3.2.3 位线充电电路

　　对位线的充电共有两对充电管和一对上拉管，宽长比在设计上也是有讲究的。上拉管一直开启，为倒比管。栅极接平衡管的M1 和M2 时序要求较高，因为它们的宽长比较大，为主要充电管。在BRAM总使能信号ENA和时钟CLK有效时工作，进行预充电。在CLK 下降沿，M1 和M2 短暂关闭可执行读操作。M1、M2和平衡管都在Pre1_BL信号控制下工作。

　　Pre1_BL 需在数据线与位线之间的开关管打开时关闭，不影响数据的读操作。Pre1_BL信号受到数据线与位线的开关管控制信号A 的约束，图4 的结构即可避免Pre1_BL与A的时序冲突，在A有效时，Pre1_BL无效，且当A 关闭时，Pre1_BL 延迟开启。

　　而M3 和M4 管则由Pre2_BL信号控制，Pre2_BL由BRAM全局信号ENA、CLK 和WE 一起控制。由于BRAM 在进行写操作时，也可镜像地输出写入的数据，即也做了读操作。为了更好地在写入时也读出，且满足频率要求，有必要增加这一充电管。

　　图5 Pre1_BL 信号产生电路

　　图6 位线充电电路

　　4 BRAM应用

　　作为随机存取存储器，BRAM 除了实现一般的存储器功能外，还可实现不同数据宽度的存储，且可用作ROM，以实现组合逻辑函数。当初始化了BRAM后，一组地址输入就对应了一组数据的输出，根据数据和地址的对应关系，就能实现一定的函数功能，BRAM 之所以能实现函数逻辑，原因是它拥有足够的存储单元，可以把逻辑函数所有可能的结果预先存入到存储单元中。如实现4 × 4 二进制乘法器：

　　即由地址来查找数据，如同LUT。在FPGA 中，还可用BRAM来实现FIFO中的存储体模块，CLB实现控制逻辑，设计紧凑，小巧灵活。

　　图7 4 位乘法器

　　5 结论

　　如今系统越来越高级，数字电路也高度集成，存储器也越来越多地应用于嵌入式芯片中。本文设计了一种应用于FPGA 的嵌入式存储器结构，符合一般的双端SRAM 功能，且具有FPGA 功能块的可配置选择，灵活性很高。