基于FPGA的存储器实验设计报告.docx

第一章 背景 1 1.1 存储器的国外发展情况 1 1.2 存储器的国内发展情况 1 1.3 FPGA的应用与发展 1 第二章 任务和目标 3 2.1设计任务 3 2.2设计目标 3 第三章 存储器的结构及组成原理 5 3.1结构与组成 5 3.2 组成设计原理 6 第四章 存储器的FPGA设计与实现 7 4.1 存储器的模块设计 7 4.2 存储器的Verilog HDL编程 7 第五章 功能、时序仿真和验证 9 5.1 测试文件 9 5.2 仿真测试结果分析 10 5.3 结论 11 第六章 收获和感悟 12 6.1 感悟 12 6.2 收获 12 参考文献 13 ### 基于FPGA的存储器实验设计报告知识点概览 #### 一、存储器的国内外发展情况 ##### 1.1 存储器的国外发展情况 在全球范围内，存储器行业一直保持着显著的增长态势。截至2016年，全球半导体市场的规模已达到3400亿美元，其中存储器占据了768亿美元的巨大份额。存储器作为电子产品的核心组件之一，对整个电子行业的发展起着至关重要的作用。 在动态随机存取存储器(DRAM)领域，经过数十年的发展与淘汰，市场竞争格局已经趋于稳定。到了2008年金融危机前夕，仅有五家公司掌控了全球DRAM市场，包括三星、SK海力士、奇梦达、镁光和尔必达。这五家企业不仅在技术和生产能力方面领先，而且通过不断的技术创新和成本控制，构建了强大的市场壁垒。 除了DRAM之外，另一重要领域NAND Flash也呈现出类似的市场集中趋势。NAND Flash主要用于移动设备的闪存和固态硬盘(SSD)，市场主要由三星、东芝/闪迪、美光和SK海力士四大巨头主导，四家公司的市场份额高达99%。 ##### 1.2 存储器的国内发展情况 在国内市场，随着技术的进步和产业链的不断完善，中国存储器行业正逐渐崛起。长期以来，中国的存储市场几乎被EMC、戴尔、IBM、日立、富士通等外资品牌所垄断。然而，近年来随着国内厂商技术的逐渐成熟，国产品牌开始崭露头角，并且在市场份额上取得了显著增长，目前已占据约60%的市场份额。 尽管如此，中国存储器产业仍然面临着严峻挑战。要想成为具有国际竞争力的企业，必须具备尖端技术、知识产权和大规模量产能力。这些条件的积累往往需要数十年的时间，因此，当前中国内存芯片制造商在面对美光、三星及SK海力士等国际巨头时仍存在一定的差距。 #### 二、FPGA的应用与发展 ##### 1.3 FPGA的应用与发展 可编程门阵列(FPGA)作为一种高度灵活的硬件设计平台，在近年来得到了广泛的应用和发展。FPGA技术正朝着大容量、低电压和低功耗的方向发展。随着市场需求的变化和技术的进步，FPGA产业内的两大巨头Altera和Xilinx正在竞相推出更大容量的产品。例如，Altera推出的APEX EP2A70具有67200个逻辑单元(LE)，而Xilinx推出的Virtex 6000则具备33792个slice（每个slice大致相当于2个LE）。 随着半导体工艺的进步，特别是深亚微米(DSM)技术的应用，FPGA器件不仅在性能上有显著提升，同时成本也在逐步下降。为了满足便携式应用产品的需求，FPGA厂商越来越注重开发低电压、低功耗的产品。此外，FPGA技术正向着更高的密度发展，这意味着它可以更广泛地应用于系统级设计中，而不仅仅局限于系统接口部件。 #### 三、设计任务与目标 ##### 2.1 设计任务 本次实验的主要任务是设计并测试LPM_ROM与LPM_RAM两种类型的存储器。具体任务包括： 1. **LPM_ROM定制与测试**： - 设置LPM_ROM的相关参数。 - 编写用于初始化LPM_ROM的数据文件。 2. **LPM_RAM定制与测试**： - 定义LPM_RAM的参数配置。 - 实现LPM_RAM的读写功能。 ##### 2.2 设计目标 - 使用LPM元件库设计LPM_ROM与LPM_RAM。 - 地址总线宽度(address[])和数据总线宽度(q[])分别为6位和24位。 - 建立完整的工程文件，并设置LPM_ROM的数据参数。 - 配置LPM_ROM配置文件的路径(ROM_A.mif)，并在系统中设置ROM/RAM的读写权限。 #### 四、存储器的结构及组成原理 ##### 3.1 结构与组成 本章节主要介绍存储器的基本结构和组成部分，包括但不限于存储体、地址译码器、读写电路等关键组件。通过理解这些组成部分的功能和工作原理，可以更好地掌握存储器的设计方法。 ##### 3.2 组成设计原理 进一步探讨存储器内部各部分之间的相互作用及其设计原理。这一部分将详细解释如何利用不同的技术手段来优化存储器的性能，比如减少访问延迟、提高存储密度等。 #### 五、存储器的FPGA设计与实现 ##### 4.1 存储器的模块设计 本章节重点在于如何利用FPGA设计存储器的不同模块，包括LPM_ROM和LPM_RAM的设计思路、模块划分以及模块间的连接方式。 ##### 4.2 存储器的Verilog HDL编程 介绍如何使用Verilog HDL语言来描述和实现存储器的功能。通过具体的代码示例，展示如何定义存储器的结构、如何控制数据的读写操作等关键细节。 #### 六、功能、时序仿真和验证 ##### 5.1 测试文件 设计并编写用于验证存储器功能正确性的测试文件。这些测试文件通常会覆盖各种典型场景，以确保存储器在各种条件下都能正常工作。 ##### 5.2 仿真测试结果分析 对仿真测试的结果进行详细的分析，评估存储器的工作性能，如访问速度、读写稳定性等，并对可能出现的问题进行诊断。 ##### 5.3 结论 基于上述测试结果，总结存储器设计的成功之处和不足之处，并提出改进建议。 #### 七、收获和感悟 ##### 6.1 感悟 通过对存储器设计与实现的学习和实践过程，学生能够深刻体会到理论知识与实际操作之间的联系，同时也能够认识到在技术开发过程中遇到的各种挑战和解决方案。 ##### 6.2 收获 具体列举学生在此次实验中学到的关键技能和知识，比如对存储器工作原理的理解、FPGA编程技巧的掌握等。 基于FPGA的存储器实验设计报告不仅是一次技术上的探索，也是对学生综合能力的一次全面锻炼。通过完成这一项目，学生不仅可以掌握存储器设计的基本理论知识，还能在实践中提高解决问题的能力，为进一步深入学习打下坚实的基础。