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前言

本文第一篇：FPGA邏輯設計回顧（十一）FPGA和PC中的RAM和ROM

FPGA中使用的存儲資源，如前兩篇文章：

DDR 也是計算機中的一個元素。 事實上，它在我們的FPGA中也得到了廣泛的應用。 普及完它們的由來和基礎知識后，我們就可以講講它在FPGA中的應用，它的使用方法，甚至它的設計等等，這些都會在后續的文章中重點介紹。

但你知道，在FPGA設計中，使用的小型存儲器更多，它們可以靈活地運用在你的FPGA邏輯設計中，甚至無處不在！

大錘如何殺雞，DDR使用場景需要比較大的存儲空間等類似場景。 如果是常見的存儲場景，我們會用到本文提到的存儲組件，RAM和ROM。

本文討論RAM和ROM的設計，從它們在電子產品中的應用到IP核邏輯設計。

RAM和ROM在計算機中的應用

在任何存儲數據的電子設備（例如計算機）中，各種組件協同工作來存儲視頻內存。 您的硬盤驅動器是您的主要存儲設備，它保存您的工作文件和個人文件，其中的信息量會影響計算機的速度。

幸運的是，您的系統還可以借助其他兩種類型的視頻內存（RAM 和 ROM）來保存您的信息。

在這里，我們將從整體上了解電子存儲，然后討論兩種類型的視頻內存。 我們將比較 RAM 和 ROM 之間的異同，以幫助您更好地理解這種快速臨時存儲形式。

存儲的內容有哪些？

在討論電子產品時，存儲器通常指任何類型的電子存儲設備。 但是，該術語很可能用于討論如何將數據保留在硬盤上，從而減少 CPU 定期訪問該數據所需的工作量。

如果您的 CPU 始終直接從硬盤驅動器獲取此信息，您的計算機可能會變慢，并且可能會遇到性能問題。

相反，如果您使用 RAM 或 ROM 等存儲選項，您的系統仍然可以訪問該數據，而不會出現運行時間緩慢的缺點。

哪些是硬盤？

您的硬盤（有時稱為硬盤驅動器、HD 或 HDD）是計算機上的永久存儲設備。 它是非易失性的，這意味著無論它是打開還是關閉，它都會存儲信息。 大多數計算機上都存儲系統設置或時區等信息。

您的硬盤驅動器由一個或多個用于寫入數據的盤片組成，它位于筆記本電腦內部或外部的氣密外殼內。

如果機箱內部存儲，則稱為內部硬盤驅動器，它們位于驅動器插槽中并使用電纜直接連接到顯卡。 外部驅動器或通過 USB 端口插入計算機的外部硬盤驅動器是另一種形式的永久數據存儲。

每臺筆記本電腦都有一個硬盤驅動器，即使您可以從標準型號升級或更換，它也將始終用于存儲管理操作系統、關鍵軟件程序和任何個人數據的文件。

其他類型的存儲

您的筆記本電腦不僅需要硬盤驅動器，而且還有其他兩種存儲選項。 讓我們深入研究一下它們是什么，以更好地理解 RAM 和 ROM 之間的區別。

哪個是內存？

RAM 是隨機存取存儲器的縮寫，是計算機上僅次于硬盤的第二個最重要的存儲設備。

RAM可以實時監控您的CPU，并在您使用CPU時主動存儲您正在使用的數據和程序。 RAM 上的信息可以在任何會話中重復寫入、讀取和擦除。

與硬盤不同，RAM 被歸類為易失性視頻內存。 這意味著如果不通電，通過 RAM 存儲的任何內容都會丟失。 它不是永久存儲選項，雖然它比傳統硬盤快得多，但將任何關鍵文件或軟件保存在 RAM 中并不安全，因為如果斷電，您可能會丟失它。

幸運的是，在過去的計算機上設計現代操作系統的人們都知道 RAM 可能是不穩定的。 有許多故障安全外部手動備份可用于硬盤驅動器，以幫助在系統手動關閉時消除數據丟失。

一個很好的例子是，當您在 Word 或 Pages 中創建文檔時，每隔幾分鐘手動保存一次，而不需要保存該文件以進行數學備份。

內存類型

RAM 是一個廣義術語，包括兩種不同類型的內存。 SRAM 和 DRAM。 以下是您需要了解的有關每種類型的信息。

靜態隨機存儲器

SRAM 是一個廣義術語，包括兩種不同類型的存儲器：SRAM 和 DRAM。

另一種簡寫方式，SRAM 是指靜態 RAM，其工作原理是將部分數據存儲在六晶體管存儲單元中。 事實上，SRAM的速度非常快，但其價格卻比DRAM貴很多。

動態隨機存取存儲器

DRAM也稱為動態RAM，其工作原理是在顯存單元中存儲數據。 該單元由晶體管和電容器對組成。

哪些是 ROM？

計算機上另一種值得注意的視頻內存類型是只讀內存（ROM）。

顧名思義，ROM 僅在數據不是動態時才有用，但它比 RAM 有一個優勢——它是非易失性的。 這意味著如果斷電，它不會忘記或丟失任何信息，這使得它成為固件或其他很少更新但體積太大而無法直接存儲在硬盤驅動器上的元素的不錯選擇。

傳統上，ROM 數據是在芯片生產時添加并硬連線的。 然而，ROM 早已進化，現在有支持擦除和重繪芯片上數據的選項。 它實際上不如 RAM 高效，但它是一種選擇。

只讀存儲器類型

與 RAM 一樣，您的系統中可能存在不止一種類型的 ROM。 以下是四種最常見的基于半導體的 ROM 的關鍵細節。

掩模ROM

傳統類型的 ROM，是在制造過程中寫入數據的芯片，對信息進行永久編程。

PROM

可編程只讀存儲芯片（PROM）是在安裝到系統中后寫入數據的芯片。 它是一個非易失性且可定制的選項。

EPROM（可編程只讀存儲器）

隨著 ROM 的發展，出現了可擦除可編程只讀存儲器選項（EPROM）。 您可以通過將芯片暴露在高強度紫外線下來擦除芯片上的信息，從而可以對數據進行重新編程。

最后一類，電子可擦除可編程只讀存儲器，或者利用場電子發射的方式來電子擦除芯片中的數據。 這是具有讀/寫功能的最有效的選項，但也是最昂貴的。

RAM 和 ROM 之間的主要區別是什么？

顯然，RAM和ROM是兩種不同的存儲形式，我們來分析一下它們的主要區別以及您需要了解的內容。

數據存儲

RAM 數據不會永久存儲在系統上，它可以無限期地更改。 您可以根據需要多次讀取、寫入、擦除和重新開始。

相反，ROM 數據是永久性的。 實際上有一些方法可以更改它，但功能有限并且更改可能非常耗時。

速度

由于 RAM 數據不是永久性的，因此其速率很快。 數據比 ROM 快得多，這意味著您的系統使用 RAM 的效率比 ROM 更高。

CPU訪問

RAM 如此快的原因之一是因為您的 CPU 可以直接訪問以這些方式存儲的任何數據。

對于 ROM，情況有所不同。

要訪問 ROM 信息，您的系統首先會將這些數據復制到 RAM 中，然后允許您讀取它。

文件大小和存儲

RAM數據占用的空間很大，但容量也比較大。 另一方面，RAM 占用的空間較少，但存儲容量也較小。

如何使用

RAM 是臨時文件的主要視頻內存，例如 CPU 緩存或 模塊。

ROM 最常用于 BIOS 或 UEFI 固件、RFID 標簽、醫療設備或微控制器等。 基本上，任何地方都需要大型但永久的視頻存儲解決方案。

成本

在這兩個 ROM 中，這是迄今為止最便宜的選擇。 由于可以添加到系統中的額外功能，RAM 成本顯著增加。

流行的 ROM 選項

考慮到 ROM 的局限性，您可能想知道它是否是一種有價值的視頻內存類型。 值得注意的是，雖然它的功能不如 RAM，但它也并非沒有優點。

例如，大多數聯通可連接的閃存存儲設備，如U盤、固態硬盤或SD卡等都屬于存儲設備。 由于我們上面提到的技術進步，這些只讀技術的衍生產品允許您快速保存和訪問未直接存儲在硬盤驅動器上的文件。

您還可以通過添加或刪除文件來修改此驅動器，盡管此上傳和下載可能需要一些時間。 也就是說，這些是一個非常實惠且可行的選擇，將為您提供更多的存儲空間，即使您的電源意外斷電，這些空間也不會消失。

最終推論

當您比較 RAM 和 ROM 時，很容易看出兩者都有自己的優點和缺點。 您必須在筆記本上同時安裝這兩個軟件，才能保證筆記本的高效運行。

ROM 之所以脫穎而出，是因為它們價格實惠，可為您提供永久的數據解決方案，但它們也限制您更改數據的能力和修改的次數。

RAM 成本更高，但它也使您可以靈活地多次修改數據，而對這些修改沒有任何限制。 這里的缺點是，如果您的 RAM 之前已斷開電源，您可能會丟失此信息。

正確的解決方案是將兩者結合起來，以滿足您的處理需求和預算。

RAM和ROM在FPGA中的實現

FPGA內部有豐富的存儲資源。 在 FPGA 中實現 RAM 和 ROM 有多種形式。 一般我們會采用IP核的方式來使用FPGA的存儲資源：

FPGA的底層資源中，BRAM（）位于其中，如右圖，BRAM在中的分布：

如上圖所示，所有箭頭所在的列都是FPGA中的BRAM資源。 可見有很多。 具體量化需要根據不同型號的FPGA，BRAM資源也不同。

事實上，在FPGA中，如果需要使用RAM，則不必使用BRAM。 也就是說，BRAM適合較大的存儲場合。 至少對于普通使用來說，還可以使用RAM，即分布式RAM。 使用FPGA內的LUT資源等進行配置。

事實上，情況不一定如此。 有時需要考慮資源平衡。 例如FPGA中的LUT和寄存器資源比較緊張，而BRAM資源幾乎使用得很少。 這個時候就應該考慮資源分配了。 BRAM資源怎么樣？ 多了，沒用，也沒用。

在定制IP核之前，可以選擇使用BRAM或RAM：

事實上，FPGA中的資源還可以靈活配置為各種類型的存儲，比如FIFO定制，使用的存儲資源可以是BRAM：

事實上，你有選擇的自由，RAM還可以實現：

至于ROM，也不例外。 FPGA中沒有專門的ROM，但ROM可以使用bram或分布式RAM來實現：

ROM的內容可以通過COE文件加載：

不過不用害怕，即使是用RAM實現，FPGA上電后，ROM內容依然完好，不會因為斷電而丟失，這也符合ROM的內涵。

事實上，ROM和RAM的實現不僅可以使用IP核方法來實現，還可以使用RTL代碼來描述，并且像之前的FIFO一樣，我們的設計只是了解其工作原理，以及實現的應用一般不使用，但可以作為替代。 原因是FPGA場景提供的IP已經經過大量驗證，越來越穩定，功能也很多，這樣開發效率就可以提高。

嗯，本文的重點是描述，而不是設計。 關于設計，請參閱我們之前的文章。

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