基于FPGA与外部SRAM的大容量数据存储

3.3 控制逻辑电路设计

　　如图三所示，控制逻辑由FPGA来实现。主要包括读地址产生器、写地址产生器、读写时钟信号产生器及读写控制等几部分。下面分别加以讲述。

　　(1)写地址产生器：由于设计时采用256K×16的SRAM，故有18位地址，写地址产生器用18位计数器实现。靠外部时钟驱动，每进行一次写操作后,读写控制单元产生计数脉冲，使其增1，直到18位计数器计满再循环写入地址为0的空间。

　　(2)读地址产生器同上，也采用18位计数器实现，根据系统要求，每隔一定的采样周期将读地址指针偏移一定偏移量，并从该位置读取数据。

　　(3)读写地址选择器由于读写地址复用管脚，因此在读写操作时，必须选通相应的地址。这就需要由FPGA控制芯片上的等控制信号来对SRAM进行读写的操作。

　　(4)此外，由于读写之间的切换，数据线上的数据在切换瞬间如不加处理会出现混乱现象。因此，为避免读、写操作发生冲突，数据线呈三种状态，读数据、写数据及高阻态。在从写到读的过程中需给数据线上送高阻态。

　　(5)当需要对SRAM进行写操作时，由FPGA控制产生写地址选通信号，该选通信号为一单脉冲形式，如图四中该脉冲下降沿触发SRAM，告知开始对RAM进行写操作，使FPGA输出写地址，同时给数据线上送数据。在写操作期间，片选信号始终保持低电平，而写地址选通信号上升沿到来时使写地址计数器增1。以此类推，通过写地址选通信号高低电平变化完成对数据依次写入。需要注意的是，地址线和数据线在为高时可同时赋新值，但只有在变低后赋予数据线上的新值才有效。

　　对SRAM进行读操作相对较简单，在进行读操作期间，始终为低电平，始终为高电平。每进行一次读操作，地址按系统要求变化一次。同时注意，地址的变化时刻总要先于数据的变化时刻。图五为RAM读操作时序。

　　以下是一段用VHDL语言描述的控制RAM的读写操作时序的程序代码：

　　程序中，在进行读写操作时，片选使能信号CE_SRAM及输出使能信号OE_SRAM始终为低电平。

　　第0时刻到第2时刻在进行写操作：第0时刻地址线addr_SRAM和数据线data_SRAM同时赋新值，控制线WE_SRAM、LB_SRAM、UB_SRAM要经历一个窄脉冲的变化过程，RAM在获取到此控制线下降沿信息后，便知开始进行写操作。需要注意的是，虽然数据在第0时刻已赋到数据线上，但因为写操作是控制线低电平有效，所以数据线上真正发生数据更新是在控制线变为低电平之后，因此，数据线上的实际更新时刻是在第2个时刻。

　　第3、4状态是进行读操作：在读写转换时刻，也就是在第3时刻如前所述需给数据线上送高阻态。这样，读取数据的时序关系由系统时钟进行控制，在第3时刻给地址线上送要读取的地址，第4时刻将数据端口上的数据送出。这里需注意的是，读取数据要比读取地址晚一个时刻。从而，完成了对外部RAM的读写操作控制。

　　4结论

　　该系统已应用在罗兰—c导航接收机的信号处理中。实验证明，此设计可靠稳定地完成了大容量高速异步数据存储，进一步提高了系统的性能。