FPGA中Block RAM和分布式RAM怎么选？

📂 分类：FPGA设计📊 经验级别：中级⭐ 难度：★★★☆☆📝 题型：资源选型题

本文概述

FPGA中Block RAM是专用的块状存储器资源，容量大、速度快、不占逻辑资源，适合大容量数据存储；分布式RAM是用查找表LUT搭建的存储器，容量小、分布灵活、可以做很小的FIFO或移位寄存器。选型要考虑容量大小、速度要求、资源利用率、端口数量和深度宽度比等因素。Block RAM可以配置成单口、双口、ROM、FIFO等多种模式，分布式RAM适合小容量零散存储。

核心要点速览

• Block RAM是专用存储资源，容量大，不占逻辑资源

• 分布式RAM用LUT搭建，容量小但分布灵活

• 大容量存储优先用Block RAM，小容量可以用分布式RAM

• Block RAM有固定深度宽度，分布式RAM可以任意配置

• 两者都可以配置成单口、双口、ROM、移位寄存器等模式

回答思路

要点

第一，先看容量需求

Block RAM每个块有固定的容量，比如7系列FPGA每个Block RAM是36K位，可以拆成两个18K位。如果需要的存储容量比较大，比如几KB以上，用Block RAM比较划算。如果只是几十个字节或者几百比特的小存储，用分布式RAM更灵活，不会浪费整块的Block RAM资源。

要点

第二，看深度和宽度比例

Block RAM有固定的深度宽度配置，比如36K的Block RAM可以配成64K乘1位、32K乘2位，一直到512乘72位。如果你的存储深度和宽度刚好和某个配置接近，用Block RAM效率很高。如果宽度特别窄或者深度特别浅，Block RAM利用率很低，这时候用分布式RAM可能更合适。

要点

第三，看端口数量和类型

Block RAM支持真双端口，两个端口可以独立读写不同地址，适合做数据交换或者双时钟FIFO。分布式RAM虽然也可以做双端口，但资源会增加很多。如果需要真双端口操作，优先用Block RAM。单端口的话两种都可以，看容量和其他因素。

要点

第四，看时序和速度要求

Block RAM因为是专用资源，时序性能好，能跑更高的频率。分布式RAM用LUT搭建，路径相对长一些，速度会稍慢。但两者的差异一般是纳秒级，对于低速设计影响不大。高速设计中Block RAM的时序更容易收敛。

要点

第五，看资源整体利用率

选型还要考虑整个设计的资源情况。如果设计逻辑资源很紧张但Block RAM还剩很多，就尽量用Block RAM，把LUT留给逻辑。如果反过来，Block RAM用完了但逻辑还有富余，就可以用分布式RAM凑。要从整体资源平衡的角度考虑。

要点

第六，特殊功能需求

Block RAM可以做字节写使能、内置FIFO控制器、级联成更大容量等特殊功能。分布式RAM可以做移位寄存器SRL、小容量的ROM等。还有一些特殊的应用场景，比如做非常小的异步FIFO，分布式RAM可能用起来更方便。

面试官追问

Block RAM的18K和36K是什么关系？

参考回答：Xilinx 7系列每个Block RAM是36K位，可以配置成一个36K的RAM，也可以拆成两个独立的18K RAM来用。拆成两个18K之后，每个都是独立的端口，可以做不同的功能。设计时如果用不到36K那么大，可以拆成两个18K提高利用率。

什么情况下分布式RAM比Block RAM好？

参考回答：几种情况：容量非常小，用Block RAM浪费；需要的深度很浅宽度很窄，Block RAM利用率低；Block RAM资源用完了但LUT还有富余；做移位寄存器SRL的时候，分布式RAM可以直接配置成SRL，比用Block RAM灵活。

FPGA中ROM一般用什么实现？

参考回答：ROM两种都可以实现。大的ROM用Block RAM，初始化数据在配置时写入，运行时只读。小的ROM可以用分布式RAM，甚至用寄存器。还有一种方式是用case语句写查找表，综合器会自动选择用寄存器或LUT来实现，容量小的时候也很常用。

怎么看设计用了多少存储资源？

参考回答：综合和实现后的报告里都会有资源利用报告，会分别列出Block RAM的使用数量和分布式RAM使用的LUT数量。Vivado里还可以用report_utilization命令查看详细的资源分布。如果要优化存储资源，可以从报告里看到哪些模块占用了多少，然后针对性优化。

失分表达

• RAM都一样，用哪个都行

• Block RAM越大越好，越大越高级

• 分布式RAM就是寄存器堆

• 所有RAM综合器都会自动选，不用管

准备动作

1. 了解FPGA中Block RAM和分布式RAM的结构和特点

2. 掌握两种RAM的配置模式：单口、双口、ROM、FIFO、移位寄存器

3. 能根据容量、深度宽度、端口需求等因素做选型判断

4. 熟悉Vivado中查看存储资源利用情况的方法

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