基于FPGA的存储解决方案

片内存储器是基于FPGA的嵌入系统可使用的最简单的存储器。由于存储是在FPGA内部完成，电路板上无需外部连线。可以简单地选择SOPC builder中System Contents-> On-Chip Memory选项，来完成设计中的片内存储器。也可以根据需求定义片内存储器的大小、带宽、种类、及特殊的片内存储器性质，如DDR等。

优点

片内存储器在基于FPGA的嵌入系统可使用的存储器中是具有最高吞吐量和最低反应延时的。它的反应延时通常仅为一个时钟周期。通过存储处理管道化，可以使吞吐量达到每个

时钟周期进行一次处理。

有些片内存储器被设计成可以在DDR模式下进行存取，其中读和写是分别进行操作的。DDR模式能够有效地实现双倍存储带宽，允许存储器在一个通道进行写入，同时在另一个

通道进行读取。

片内存储器的另一个好处是，由于它是在FPGA上直接实现的，它无需在板上或电路中进

行写入。使用片内存储器可以节省开发时间和成本。

一些片内存储器可以在FPGA配置时自动初始化。这种存储器可以被用来保持小数据量的

启动代码或重启动所需的LUT数据。 缺点

尽管速度很快，片内存储器在一定程度上会受到其容量的。FPGA可用的片内存储器的数量由使用的特定FPGA器件决定，容量范围从最小的Cyclone II device中15KB到

最大的Stratix III device中近2MB。

因为多数片内存储器都是易失性的，它在断电后丢失数据。然而，某些片内存储器可以在

FPGA配置时自动初始化，相当于提供了一种非易失性的功能。 最佳应用场合

以下是片内存储器适宜的一些应用。

缓存

由于其具有低反应延时，片内存储器在微处理器中作为缓存表现良好。Nios II处理器使用片内存储器作为引导和数据缓存。片内存储器有限的容量作为缓存通常不是一个问题，因

为缓存本身都相对很小。

点到点的缓存

能够在低反应时间下进行存取也使得片内存储器适用于做器件间的缓存，即点到点的缓存，它是指处于正常的寻址空间，但与微处理器有专用接口的存储器。这些存储器主要用来

实现缓存存储器的高速、低反应延时特性。

查找表

针对某些软件编程功能，尤其是数学上的功能。与在软件中进行计算相比，使用查找表储存所有可能的功能结果通常是最快的方法。片内存储器在这方面表现良好，前提是片内存

储器的可用容量能够容纳可能的功能结果。

FIFO

嵌入系统经常需要管理从一个模块到另一个模块的数据流。FIFO可以在以不同的高速运行着的模块间作为数据缓冲存储器。根据应用程序所需的FIFO的大

小，片内存储器可以作高速和便利的FIFO存储。

不合适的应用场合

片内存储器不适用于需要大容量存储器的应用程序中。因为片内存储器在容量上相对受限，应避免使用其储存大量的数据。然而，有些工作可以更好地利用片内存储器完成。如果应用程序使用多个小块数据，并且不是所有的数据块都适合使用片内存储器，你应当仔细考虑某些可以使用片内存储器。如果你的目标是

系统的高速性能，可以将最经常存取的数据放在片内存储器中。

片内存储器的种类

根据所使用的FPGA的种类，可用的片内存储器有很多种。关于可用的片内

存储器的种类建议参考用户所使用的FPGA的器件手册。

注意事项

为使系统正确使用片内存储器，请遵从下面方针：

设置片内存储器的数据带宽与主控系统的数据带宽相匹配。例如，如果要连接片内存储器到Nios II处理器的数据控制器上，需要设置片内存储器的数据带宽为32bit，与Nios II处理器的数据控制器的数据带宽相同。否则存取的延时

将会大于一个时钟周期，因为系统相互连接需要进行带宽转换。 如果片内存储器元件连接了多个主控制器，应考虑使用具有双通道的片内存储器。双通道特性使得在两个主控制器连接到同一个片内存储器时无需设置判断逻辑。另外，双通道存储器允许在两个接口同时进行存取，这样在两个主控制器连接到同一个片内存储器时，可以极大提升效率与性能。然而，如果没有在主控

制器间的协调，从两个RAM的从接口写入将导致数据冲突。 为了达到FPGA逻辑资源与存储资源使用的最小化，请遵从下面方针：

为应用选择最佳的片内存储器。有些种类的片内存储器具有更大的容量，有些种类支持更宽的数据带宽。FPGA器件手册中嵌入式存储器部分提供了关于片

内存储器特性的详细信息。

选择大小为2的次方字节的片内存储器。使用不是2的乘方的存储器将导致

存储和逻辑效率降低。