IP核--PLL、ROM、RAM

IP核

理论知识
IP（Intellectual Property）即知识产权，用于 ASIC 或 FPGA 中的预先设计好的电路功能模块。
优点：提高开发效率，减少设计和调试时间，加速开发进程，降低开发成本。
缺点：

1. 跨平台时IP核往往不通用。
1. IP核是黑匣子，不透明，看不到核心代码。
1. 有些定制的 IP 核由于是不通用的，往往会有较高的收费，这也是一笔巨大的开销。

IP 核有三种不同的存在形式：HDL 语言形式，网表形式、版图形式。分别对应我们常说的三类 IP 内核：软核、固核和硬核。

1.1 软核，用硬件描述语言的形式功能块的行为，并不涉及用什么电路和电路元件实现这些行为。大多数应用于 FPGA 的 IP 内核均为软核，软核有助于用户调节参数并增强可复用性。由于不涉及物理实现，为后续设计留有很大的发挥空间，增大了 IP 的灵活性和适应性。其主要缺点是在一定程度上使后续工序无法适应整体设计，从而需要一定程度的软 IP 修正，在性能上也不可能获得全面的优化。
1.2 固核，是软核和硬核的折衷。固核是完成了综合的功能块，有较大的设计深度，以网表的形式交给客户使用。
对时序要求严格的内核（如 PCIE 接口内核），可预布线特定信号或分配特定的布线资源，以满足时序要求。
1.3 硬核，是完成提供设计的最终阶段产品——掩膜（Mask），以经过完全的布局布线的网表形式提供，这种硬核既具有可预见性，同时还可以针对特定工艺或购买商进行功耗和尺寸上的优化。缺点是缺乏灵活性、可移植性差。另外，由于无须提供寄存器转移级（RTL）文件，因而更易于实现 IP 保护。

PLL IP 核

PLL（Phase Locked Loop，即锁相环），可以对输入到 FPGA 的时钟信号进行任意分频、倍频、相位调整、占空比调整，从而输出一个期望时钟。
工作原理：

ref_clk参考时钟通过鉴频（FD）或鉴相（PD）器和需要比较的时钟频率或相位进行比较，然后输出进入环路滤波器（LF）控制噪声的带宽，滤掉高频噪声，使之稳定在一个值，起到将带有噪声的波形变平滑的作用。经过环路滤波器的输出连接到压控振荡器（VCO）上，环路滤波器输出的电压可以控制 VCO 输出频率的大小，环路滤波器输出的电压越大 VCO 输出的频率越高。
对于倍频和分频，是通过增加一个分频器实现。
比如倍频：

分频：

仿着实现

在实现时先创建IP核工程，然后进行设计。之后要利用该IP核时新建工程后再把IP核添加进去，然后注意变量名，要更改后和工程一样。
添加IP核到新工程里的文件是

代码和仿真：

module   pll
(input  wire   sys_clk,input    wire   clk_mul2,input   wire   clk_div2,input   wire   clk_phase90,input    wire   clk_ducle20,output   wire   locked
);pll_ip    pll_ip_inst
(.clk_in1   (sys_clk),.clk_out1 (clk_mul2),.clk_out2    (clk_div2),.clk_out3    (clk_phase90),.clk_out4 (clk_ducle20),.locked       (locked)
);endmodule

`timescale  1ns/1nsmodule   tb_pll();reg    sys_clk;
wire   clk_mul2;
wire   clk_div2;
wire   clk_phase90;
wire   clk_ducle20;wire   locked;initial    sys_clk = 1'b1;always #10 sys_clk = ~sys_clk;pll pll_inst
(
. sys_clk   (sys_clk),
. clk_mul2  (clk_mul2),
. clk_div2  (clk_div2),
. clk_phase90   (clk_phase90),
. clk_ducle20   (clk_ducle20),
.locked     (locked));endmodule

仿真的结果如下：

ROM IP核

ROM基础知识
ROM 是只读存储器（Read-Only Memory）的简称，是一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除，且资料不会因为电源关闭而消失。
在 FPGA 中通过 IP 核生成的 ROM 或 RAM调用的都是 FPGA 内部的 RAM 资源，掉电内容都会丢失。**用 IP 核生成的 ROM 模块只是提前添加了数据文件（.coe 格式），在 FPGA 运行时通过数据文件给 ROM 模块初始化，**才使得 ROM 模块像个“真正”的掉电非易失存储器。
对于ROM初始化文件，.coe格式，里面规定了数据格式和初始化数据。
比如：
Xilinx推出两种ROM IP核，单端口 ROM（Single-Port Rom）和双端口ROM（Dual-Port ROM）。对于单端口 ROM 提供一个读地址端口和一个读数据端口，只能进行读操作；双端口 ROM 与单端口 ROM 类似，区别是其提供两个读地址端口和两个读数据端口，基本上可以看做两个单口 RAM 拼接而成。

RAM IP核

RAM基础知识
RAM 是**随机存取存储器（Random Access Memory）**的简称，是一个易失性存储器。RAM 工作时可以随时从任何一个指定的地址写入或读出数据，同时我们还能修改其存储的数据，即写入新的数据。
Xilinx 推出的 RAM IP 核分为两种类型：单端口 RAM 和双端口 RAM，双端口RAM又分为简单和真正双端口RAM。这三种可以类比单工、半双工、双工通信方式。
单端口，读写操作共用一组地址线，读写操作不能同时进行。

简单双端口，写端口只能写不能读，而读端口只能读不能写。

真正双端口，有两个地址端口用于读写操作（两个读/写端口），即两个端口都可以进行读写。

FIFO IP 核

理论知识
FIFO（First In First Out，即先入先出），是一种数据缓冲器，用来实现数据先入先出的读写方式，FIFO存储器没有地址线。
FIFO 根据读写时钟是否相同，分为 SCFIFO（同步 FIFO）和 DCFIFO（异步 FIFO），SCFIFO 的读写为同一时钟，应用在同步时钟系统中；DCFIFO 的读写时钟不同，应用在异步时钟系统中。
以异步FIFO为例
首先按照资料创建DCFIFP核，然后新建工程并添加IP核，之后和普通工程一样。
源代码

module   dcfifo
(output wire    [15:0]  dout,output wire    empty,output wire   full,output wire    [6:0]   rd_data_count,output wire   [7:0]   wr_data_count,input wire    rd_clk,input wire   wr_clk,input wire   [7:0]   din,input wire  rd_en,input wire    wr_en);dcfifo_256x8     dcfifo_256x8_inst
(.din           (din),.dout         (dout),.empty           (empty),.full           (full),.rd_clk          (rd_clk),.rd_data_count (rd_data_count),.rd_en          (rd_en),.wr_clk         (wr_clk),.wr_data_count (wr_data_count),.wr_en          (wr_en)
);
endmodule

仿真代码

`timescale  1ns/1nsmodule   tb_dcfifo();wire    [15:0]  dout;
wire    empty;
wire    full;
wire    [6:0]   rd_data_count;
wire    [7:0]   wr_data_count;reg   rd_clk;
reg wr_clk;
reg [7:0]   din;
reg rd_en;
reg wr_en;
reg sys_rst_n;
reg [1:0]   cnt_baud;
reg full_reg0;
reg full_reg1;initialbeginwr_clk = 1'b1;rd_clk = 1'b1;sys_rst_n <= 1'b0;#100sys_rst_n <= 1'b1;#100000sys_rst_n <= 1'b0;endalways #10 wr_clk = ~wr_clk;
always #20 rd_clk = ~rd_clk;//cnt_baud:计数从 0 到 3 的计数器，用于产生输入数据间的间隔
always@(posedge wr_clk or negedge sys_rst_n)if (sys_rst_n == 1'b0)cnt_baud <= 2'b0;else if (cnt_baud == 2'd3)cnt_baud <= 2'b0;elsecnt_baud <= cnt_baud + 1'b1;//wr_en,s输入数据有效标志信号，FIFO写请求信号
always@(posedge wr_clk or negedge sys_rst_n)if (sys_rst_n == 1'b0)wr_en <= 1'b0;else if (cnt_baud == 2'd3 && rd_en == 1'b0)wr_en <= 1'b1;elsewr_en <= 1'b0;//din,输入数据信号
always@(posedge wr_clk or negedge sys_rst_n)if (sys_rst_n == 1'b0)din <= 8'b0;else if (din == 8'd255 && wr_en == 1'b1)din <= 8'b0;else if (wr_en == 1'b1)din <= din + 1;//将同步于 rd_clk 时钟的写满标志信号 full 在 rd_clk 时钟下打两拍,与前面的计数周期对齐always@(posedge rd_clk or negedge sys_rst_n)if(sys_rst_n == 1'b0) beginfull_reg0 <= 1'b0;full_reg1 <= 1'b0;endelsebeginfull_reg0 <= full;full_reg1 <= full_reg0;end//rd_en:FIFO 读请求信号同步于 rd_clk
always@(posedge rd_clk or negedge sys_rst_n)if (sys_rst_n == 1'b0)rd_en <= 1'b0;else if (full_reg1 == 1'b1)rd_en <= 1'b1;else if (empty == 1'b1)rd_en <= 1'b0;dcfifo   dcfifo_inst
(.din           (din),.dout         (dout),.empty           (empty),.full           (full),.rd_clk          (rd_clk),.rd_data_count (rd_data_count),.rd_en          (rd_en),.wr_clk         (wr_clk),.wr_data_count (wr_data_count),.wr_en          (wr_en)
);endmodule

满FIFO

注意读出的时候，由于输出是16bit，所以输出的高八位和低八位是顺序的。
空FIFO

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