Verilog RAM/ROM的数据初始化

FPGA设计中RAM和ROM作为存储器用来存储可变或不可变类型的数据。
ROM初始化一般是加载固定数据，RAM声明时默认为不定态数据，初始化时可以让数据为全1或者全0。

一、初始化方式

1. 复位时按地址写入初值

   always@ (posedge clk_in or negedge rst_n_in ) begin
       if( !rst_n_in ) begin
           ram_reg[0] <= xxx;
           ram_reg[1] <= xxx;
           ...
           ram_reg[n-1] <= xxx;
       end else begin
           ...
       end
   end
   

2. 使用initial 和 for循环来初始化
   用于初始化为有规律的数据，RAM初始化常使用这种方式。

   initial begin : ram_init
       integer i;
       for(i=0;i<n;i++) begin
           ram_reg[i] = xxx;
       end
   end
   

   变量的定义必须在命名块中，因此这里需要使用命名的initial块。
3. 通过读文件的方式初始化
   将数据存储在.dat文件中，通过读文件实现初始化。
   这种方式RAM使用较少，一般ROM初始化时喜欢采用这种做法。

   initial begin
       $readmemh("filepath",rom_reg);
   end
   

二、测试

方式1的正确性不言而喻。
方式2和方式3中，initial块一般来说是用在仿真中的，对其能否综合，编写如下的测试代码：

1. 定义了两块寄存器，用来实现RAM

2. ram_1通过方式2初始化

3. ram_2通过方式3初始化，dat文件内容从0x0f ~ 0x08
   

4. 循环对ram中的内容进行读取

5. 调用ila核，来抓取读取的数据

`timescale 1ns / 1ps
//
// Engineer: wkk 
// Create Date: 2023/12/23 20:50:45
// Module Name: init_value_test
//
module init_value_test(
    input   clk_in    ,
    input   rst_n_in  ,
    
    output  nc_out 
);

reg [7:0]  ram_1 [7:0];
reg [7:0]  ram_2 [7:0];

reg  [2:0]  ram_addr ;
wire [7:0]  ram_1_out;
wire [7:0]  ram_2_out;

initial begin : init_ram1
    integer i;
    for( i=0;i<7;i = i+1 ) begin
        ram_1[i] = i+1;
    end
end

initial begin : init_ram2
    $readmemh("E:/FPGA/init_value_test/init_value_test.srcs/data/ram_data.dat",ram_2);
end

always @( posedge clk_in or negedge rst_n_in ) begin
    if( !rst_n_in ) begin
        ram_addr <= 'b0;
    end else begin
        ram_addr <= ram_addr + 1'b1;
    end
end

assign ram_1_out = ram_1[ram_addr];
assign ram_2_out = ram_2[ram_addr];

ila_0 ila_0_inst (
        .clk(clk_in), // input wire clk

        .probe0(ram_1_out), // input wire [7:0]  probe0  
        .probe1(ram_2_out), // input wire [7:0]  probe1 
        .probe2(ram_addr)   // input wire [2:0]  probe2
);

endmodule

增加了一个nc_out 端口，实际上是没有什么作用的，但是必须要加，否则会报错：

[Place 30-494] The design is empty
Resolution: Check if opt_design has removed all the leaf cells of your design.  Check whether you have instantiated and connected all of the top level ports.

原因：顶层文件没有输出接口

测试结果

通过ila核抓出的数据，表明方式2和方式3成功的实现了初始化操作。