FPGA在mif文件创建与使用中的应用

出处：中电网发布于：2011-07-02 17:23:06

　　1 引言

　　在一些需要特殊运算的应用电路中，只读存储器ROM是关键元件，设计人员通常利用ROM创建各种查找表，从而简化电路设计，提高电路的处理速度和稳定性。FPGA是基于SRAM的可编程器件。掉电后FPGA上的配置信息将全部丢失，所以由FPGA构造的数字系统在每次上电后要依赖于外部存储器来主动配置或在线被动配置。真正意义上的ROM应具有掉电后信息不丢失的特性，因此利用FPGA实现的ROM只能认为器件处于用户状态时具备ROM功能。使用时不必要刻意划分，而ROM单元的初始化则是设计人员必须面对的问题。本文讨论FPGA的ROM初始化问题，详细介绍mit文件的创建与使用。

　　MIF文件是MapInfo通用数据交换格式，这种格式是ASCⅡ码，可以编辑，容易生成，且可以工作在MapInfo支持的所有平台上。它将MapInfo数据保存在两个文件中：图形数据保存在。MIF文件中，而文本（属性）数据保存在。MID文件中。其中，.MIF文件有两个区域：文件头区域和数据节，文件头中保存了如何创建MapInfo表的信息，数据节中则是所有图形对象的定义。故MIF应是保存图形的一种文件格式。

　　2 基于FPGA的ROM的实现

　　FPGA（Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA一般来说比ASIC（专用集成芯片）的速度要慢，无法完成复杂的设计，而且消耗更多的电能。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA.因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD（复杂可编程逻辑器件备）。

　　基于MAX+PLUSⅡ软件平台，FPGA可编程器件实现ROM功能比较简单。只需运行MAX+PLUSⅡ，选择图形输入，在新建页的空白处双击并在弹出的对话框中选择d：＼maxplus2＼max2lib＼mega_lpm，调用软件提供的参数可调库(mega_lpm)，找出参数化ROM宏模块(lpm_rom)，如图1所示。表1列出lpm_ROM宏模块的端口及参数设置。

　　根据需要选择必要的Address[]、q[]两个端口创建加法运算的查找表。引入lpm_ROM宏模块后，一定要把LPM_ADDRESS_CONTROL设置为″UNREGISTERED″，否则编译报错。本系统设计选用了Altera公司的FLEX10K系列的FPGA(EPF10K10LC84-4)，其模块结构如图2所示。

　　3 lpm_ROM初始化及mif文件

　　引入lpm_ROM宏模块后，开始ROM的初始化，这是运用lpm_ROM宏模块做为系统开发的关键。ROM初始化就是要在对应的地址赋初始值以实现查找表的功能。在系统编译之前一定要先设置LPM_FILE参数。实际上就是要加入一个mif文件或hex文件。以下详细讨论在MAX+PLUSⅡ环境下mif文件的创建和使用。

　　3.1 mif文件的格式及创建

　　MIF是Mapinfo用来向外交换数据的一种中间交换文件。当用户在Mapinfo中将一张Mapinfo地图表以MIF格式转出来MIF文件中后，Mapinfo会同时在用户指定的保存目录下生成两个文件（*.mif,*.mid）。其中*.mif文件保存了该Mapinfo表的表结构及表中所有空间对象的空间信息（如：每个点对象的符号样式、点位坐标；每个线对象的线样式、节点数据、节点坐标；区域对象的填充模式、每个区域包含的子区域个数及每个区域的节点数、节点数等）。而*.mid文件则按记录顺序保存了每个空间对象的所有属性信息。这两个文件都为文本性质的文件，用户可以通过相应的文件读写方法实现对文件内容的读写。

　　3.1.1 mif文件格式

　　mif文件是在编译和仿真过程中作为存储器（ROM或RAM）初始化输入的文件，即memory initialization file.mif文件格式为：

　　3.1.2 mif文件创建

　　mif文件的创建很简单，主要有两种方法，一种是在MAX+PLUSⅡ环境下，新建文件，选文本输入，保存为mif文件。另一种方法是建立一个txt文件，然后将扩展名改成mif即可。

　　3.2 mif文件的使用

　　依上述方法创建的mif文件只是一个空文件，在lpm_ROM宏模块的LPM_FILE中引入这样的文件，仅仅能帮助lpm_ROM宏模块通过编译并把所有的存储单元初始化为零。且在编译出现：Warning:Can't find data in initial memory content[MIF/HEX]file.

　　mif文件的格式是固定的，对于前4行（DEPTH,WIDTH,ADDRESS_RADIX,DATA_RADIX），前2个参数应与lpm_ROM宏模块LPM_WIDTHAD和LPM_WIDTH相关联，后2个参数为了方便一般设置为DEC（十进制）。关键是文件内容的begin与end之间的部分。mif文件的使用就是修改begin与end之间的内容。主要有两种修改方法。

　　3.2.1 mif文件的修改方法1

　　mif文件的使用，即修改begin与end之间的内容，常用的就是语言法。本文借助实例给以说明，并给出相应的m（Matlab）语言程序。

　　设计要求：8位地址输入，8位数据输出，输出数等于地址高4位对应的数加低4位对应的数，即实现1个4位二进制加法的查找表。这里只用到lpm_ROM宏模块的Address[]、q []两个端口。lpm_ROM宏模块及mif文件格式如图3所示。

　　采用MATLAB语言产生含有begin与end之间内容的txt文件，M文件的内容为：

　　保存并运行，然后打开aaa.txt文件（默认路径C:\MATLAB701\aaa.txt），拷贝到mif文件的begin与end之间，即完成了对该文件的修改。使用语言修改mif文件速度快，准确度高且能实现复杂运算。适用于数据较多的场合。

　　3.2.2 mif文件的修改方法2

　　mif文件的修改方法2是在MAX+PLUSⅡ环境下，直接修改lpm_ROM存储器的各存储单元的内容。步骤如下：先引入lpm_ROM宏模块，新建aa.mif文件并加载到LPM_FILE中，编译完成后，波形编辑，然后仿真。此时MAX+PLUSⅡ会增加一个initialize菜单，点击initialize->initialize memory…，即可在弹出的对话框中编辑存储器各单元内容，如图4所示。