基于Actel FPGA的双端口RAM设计

双端口RAM芯片主要应用于高速率、高可靠性、对实时性要求高的场合，如实现DSP与PCI总线芯片之间的数据交换接口电路等。但普通双端口RAM最大的缺点是在两个cpu发生竞争时。有一方CPu必须等待，因而降低了访问效率。

IDT公司推出的专用双端口RAM芯片解决了普通双端口RAM内部竞争问题，并融合了中断、旗语、主从功能。它具有存取速度快、功耗低、可完全异步操作、接口电路简单等优点，但缺点也非常明显，那就是价格太昂贵。

为解决DT专用双端口RAM芯片的价格过高问题，广州致远电子有限公司推出了一种全新的基于Actel PPGA的双端口RAM的解决方案。该方案采用Actel FPGA实现，不仅具有IDT专用双端口RAM芯片的所有性能特点，更是在价格上得到了很大改善，以A3P060双端口RAM为例，在相同容量(2K字节)下，其价格仅为IDT专用芯片的六分之一。

1　概述

(1)功能概述

基于Actd FPGA的双端口RAM解决方案具有两套独立的地址线、数据线和控制信号线，允许两个控制器件中的数据通过其同连接的存储器来进行通信。其功能特点有：

・内含仲裁逻辑，可解决同时读写同一地址问题；

・具有中断逻辑，允许通过端口直接进行通信；

・带有旗语通讯逻辑，允许两个控制器共享资源；

・采用主、从模式，可方便地扩展RAM数据宽度。

(2)系统框图

图1展示的是基于Actel FPGA的双端口RAM解决方案接口与内部结构图。内部结构朔由RAM模块、接口模块、中断模块、仲裁模块和旗语模块构成，该双端口RAM解决方案引脚说明如表1所示。

该双端口RAM功能完善，易于软件编程和控制，速度也较快，非常适合于双cPu共享内存。其主要性能如下：

・允许同时读取同一存储单元；

・可进行高速访问，最高频率可达60MHZ；

・利用M／S模式可级联扩展数据宽度；

・具有片内端口仲裁逻辑和中断标志；

・片内硬件支持端口间的旗语通讯；

・各端口完全异步操作；

・与TTL电平兼容，采用3.3V电压供电。

2　详细功能介绍

(1)中断

在一个双CPu系统中，一般均需要互相通信，这需要双端口RAM中断逻辑进行中断处理。基于Actel PPGA的双端口RAM解决方案中断逻辑的最后两个存储单元(7FE和7FF)用作两端口的中断产生器。图2展示的是中断时序示意图。

(2)仲裁

在双端口RAM系统中，有时会发生双CPU同时访问同一存储单元的情况，分两种情况：第一种情况是一个CPU在读，而另一个在写，此时会读出一个错误的数据；第二种情况是两个CPU同时写，此时写入数据为两端口数据之合成。仲裁逻辑电路则专门用于解决此问题，图3展示的是仲裁逻辑示意图。

(3)旗语

在双端口RAM应用中，经常需要暂时指定一块存储区只供一端CPU使用。例如，把一个CPU运算出的一批数据结果一次写人存储器供另一CPU调用，这种情况称为块配置。块配置应避免地址仲裁问题，因为一个CPU在使用块配置时，不希望另一个CPu使用这些单元，旗语通讯逻辑提供了一套适于块配置的功能，图4展示的是旗语逻辑时序示意图。

(4)双端口RAM的扩展

双端口RAM的扩展分为深度扩展和宽度扩展两个方面，深度扩展与常规的RAM扩展一样，如两个A3P060双端口RAM可扩展为4k×8b的双端口RAM。图5展示的是宽度扩展的逻辑框图，两个A3P060双端口RAM可扩展为2kx 16b双端口RAM。

3　市场应用

基于Actel FPGA的双端口RAM解决方案主要应用于数据的存储，可方便扩展RAM容量。旗语功能可将RAM划分为多个部分，方便进行存储块操作。Actel FPGA双端口RAM解决方案典型应用如图6所示。

4　小结

本文主要介绍了基于Actel FPGA双端口RAM解决方案的扩展功能(中断、仲裁、旗语等)，以后还将推出更多基于Actel FPGA的产品和解决方案，敬请关注周立功公司的网站以获得更多的信息。我们有着一个接近30i的FPGA团队提供强有力的售后服务和技术支持，解决用户在产品使用和研发过程中遇到的困难。若有更多的需求可以与我们联系，我们将会竭诚为您服务，并能关注下期的FPGA专题技术讲座。