使用 VHDL 实例化 FPGA 中的 RAM

我试图按照中的指导实现双端口 RAM这篇优秀的博文 http://danstrother.com/2010/09/11/inferring-rams-in-fpgas/。然而，ModelSim 在编译时给出以下警告：

** Warning: fifo_ram.vhdl(24): (vcom-1236) Shared variables must be of a protected type.

我似乎也无法将其创建为波形，这表明使用下面的代码无法识别该变量。

如何正确将此变量声明为“受保护”类型？另外，作为关于共享变量的更普遍的问题 - 该变量是否在设计中的所有实体之间共享？

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
use ieee.numeric_std.all;

entity fifo_ram is 
    generic (data : natural := 8;
             addr : natural := 16);

    port (w_clk : in std_logic;
          w_en : in std_logic;
          w_addr : in std_logic_vector (addr-1 downto 0);
          w_data : in std_logic_vector (data-1 downto 0);
          --
          r_clk : in std_logic;
          r_rdy : in std_logic;
          r_addr : in std_logic_vector (addr-1 downto 0);
          r_data : out std_logic_vector (data-1 downto 0));
end fifo_ram;

architecture rtl of fifo_ram is 
    -- shared memory
    type mem_type is array ( (2**addr) - 1 downto 0 ) of std_logic_vector(data-1 downto 0);
    shared variable mem : mem_type;

begin
    write: process (w_clk)
    begin 
        if (rising_edge(w_clk)) then 
            if (w_en = '1') then
                mem(conv_integer(w_addr)) := w_data;
            end if;
        end if;
    end process write;

end architecture;

----------------------------------------------

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
use ieee.numeric_std.all;

entity tb_fifo is 
    generic (data : natural := 8;
             addr : natural := 16);
end entity;

architecture testbed of tb_fifo is

    signal tb_w_clk, tb_w_en : std_logic := '0';
    signal tb_w_addr : std_logic_vector (addr-1 downto 0);
    signal tb_w_data : std_logic_vector (data-1 downto 0);
    signal tb_r_clk, tb_r_rdy : std_logic := '0';
    signal tb_r_addr : std_logic_vector (addr-1 downto 0);
    signal tb_r_data : std_logic_vector (data-1 downto 0);
begin 
    dut : entity work.fifo_ram(rtl)
        port map(tb_w_clk, tb_w_en, tb_w_addr, tb_w_data,
                 tb_r_clk, tb_r_rdy, tb_r_addr, tb_r_data);

    wclock : process is
    begin
        tb_w_clk <= '1';
        wait for 10 ns;
        tb_w_clk <= '0';
        wait for 10 ns;
    end process wclock;

    wdata : process is
    begin
        tb_w_addr <= x"FFFF";
        tb_w_data <= x"AA";
        wait for 100 ns;
        tb_w_en <= '1';
        wait for 70 ns;
        tb_w_en <= '0';
        wait;
    end process wdata;

end architecture;

好的，读完这篇博客文章后，我现在明白为什么他们使用共享变量而不是信号。这是因为多个进程正在分配给这个变量，这在 a 的情况下是不可能的reg在 Verilog 或signal在VHDL中。在这种情况下，合成器将产生一个错误，抱怨多个驱动程序mem。但为了在这种情况下使用共享变量，您必须将其声明为受保护的。您需要做的是声明一个受保护的数据类型，然后封装您的mem其中的变量，很像面向对象语言中的类。以下是受保护数据类型的示例：

type mem_envelope is protected        -- protected type declaration

variable mem : mem_type;

function GetVal( addr : integer ) return std_logic_vector(data - 1 downto 0);
function SetVal( addr : integer; val : std_logic_vector(data - 1 downto 0) ) return boolean; --may be used to indicate whether write was successfull or not

end protected mem_envelope;

然后声明一个 mem_envelope 类型的共享变量并使用GetVal and SetVal用于在进程内的内存中读取/写入值的函数。