基于FPGA的存儲(chǔ)解決方案——外部SRAM

所謂外部SRAM是指連接在FPGA外部的靜態(tài)RAM（SRAM）。外部SRAM存儲(chǔ)器也有不少種類。對(duì)于外部SRAM的選擇是由應(yīng)用需求的性質(zhì)決定的。使用外部SRAM存儲(chǔ)器既有優(yōu)點(diǎn)又有缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)

外部SRAM存儲(chǔ)器提供比片內(nèi)存儲(chǔ)器更大的存儲(chǔ)容量，速度也相當(dāng)快，但是略遜于片內(nèi)存儲(chǔ)器。常用的外部SRAM的容量可達(dá)128KB至10MB。特殊的SRAM可以具有更小或更大的容量。SRAM通常是具有很低的反應(yīng)時(shí)間和高吞吐量的設(shè)備，由于是通過共享的雙向總線連接到FPGA上，外部SRAM的速度較片上存儲(chǔ)器略低。SRAM的接口很簡(jiǎn)單，這使得將SRAM連接到FPGA成為一項(xiàng)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)工作。你還可以使用多個(gè)外部SRAM共享總線，甚至使用不同種類外部存儲(chǔ)器，比如閃存或SDRAM。

缺點(diǎn)

在基于FPGA的嵌入系統(tǒng)中使用外部SRAM的主要缺點(diǎn)就是成本高以及占用板上空間。SRAM設(shè)備要比其它高容量的存儲(chǔ)器諸如SDRAM，每MB的平均售價(jià)更昂貴。而且SRAM也比SDRAM和“零空間”的FPGA片內(nèi)存儲(chǔ)器平均每MB占用更多的板上空間。

最佳應(yīng)用場(chǎng)合

外部SRAM作為存儲(chǔ)中等大小的數(shù)據(jù)模塊的緩沖表現(xiàn)良好。可以使用外部SRAM作為不適合片內(nèi)存儲(chǔ)器且反應(yīng)時(shí)間又低于SDRAM的數(shù)據(jù)緩存。還可以將多個(gè)SRAM相組合以增加容量。

SRAM也是隨機(jī)尋址數(shù)據(jù)的最佳選擇。很多SRAM器件都可以存取無序地址的數(shù)據(jù)，反應(yīng)時(shí)間與存取有序地址的數(shù)據(jù)一樣短，而SDRAM在這一點(diǎn)上做得并不好。SRAM是大型LUT的理想存儲(chǔ)器種類，能夠儲(chǔ)存諸如對(duì)于片內(nèi)存儲(chǔ)器來說過于巨大的色彩轉(zhuǎn)換運(yùn)算法則數(shù)據(jù)。

外部SRAM作為執(zhí)行存儲(chǔ)器為無緩存的CPU工作時(shí)表現(xiàn)相對(duì)良好。當(dāng)CPU沒有緩存來緩沖其它種類存儲(chǔ)器的高反應(yīng)時(shí)間時(shí)，外部SRAM的低反映時(shí)間特性有助于改善CPU的性能。

不適于應(yīng)用場(chǎng)合

外部SRAM不適用的系統(tǒng)包括：需要使用大數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)器的系統(tǒng)和成本受限的系統(tǒng)。如果系統(tǒng)需求一個(gè)大于10MB的存儲(chǔ)模塊，設(shè)計(jì)者將更傾向于考慮其它種類的存儲(chǔ)器，比如更低廉的SDRAM。

外部SRAM的種類

有多種SRAM器件可供選擇。最常見的種類如下：

異步SRAM – 由于其不依靠時(shí)鐘，所以是最慢的一種SRAM。

同步SRAM（SSRAM）– 同步SRAM運(yùn)行同步于一個(gè)時(shí)鐘信號(hào) 。同步SRAM的速度比異步SRAM快，但是也更昂貴。

偽SRAM – 偽SRAM（PSRAM）是指具有SSRAM接口的動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）

零總線周轉(zhuǎn)時(shí)間SRAM –零總線周轉(zhuǎn)時(shí)間SRAM（ZBT SRAM）從讀到寫的轉(zhuǎn)換需要零個(gè)時(shí)鐘周期，這使得它的反應(yīng)時(shí)間很短。ZBT SRAM通常需要一個(gè)專用的控制器使其低反應(yīng)時(shí)間的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來。

注意事項(xiàng)

為使外部SRAM器件達(dá)到出最佳性能，建議遵循以下原則：

使用與連接的主系統(tǒng)控制器的接口數(shù)據(jù)帶寬相同的SRAM。

如果管腳使用或板上空間的限制高于系統(tǒng)性能要求，可以使用較連接的控制器的數(shù)據(jù)帶寬小一些的SRAM設(shè)備，以便減少管腳數(shù)量并減少PCB板上可能的存儲(chǔ)器數(shù)量。然而，這種變化將導(dǎo)致降低SRAM接口的性能。