使用matlab和ISE 創建並仿真ROM IP核

前言

  本人想使用簡單的中值濾波進行verilog相關算法的硬件實現，由於HDL設計軟件不能直接處理圖像，大部分過程都是可以將圖像按照一定的順序保存到TXT文檔中，經過Modelsim仿真后，處理的數據再經過matlab顯示圖像；圖像首先通過matlab或者C語言保存在TXT文檔中，生成測試向量文件，然后在仿真軟件中進行仿真處理，把處理后的數據保存為TXT格式，最后用matlab顯示，觀察結果。一般都是先創建MIF文件，將圖像中的像素信息用一個ROM儲存起來，然后調用ROM里面的地址進行處理，相當於制作了一個ROM查找表。

 

用Quartus II創建並仿真ROM的步驟：

1.在Quatus工程下生成一個ROM

2.編寫.mif文件，作為ROM的初始化文件

3.將.mif文件拷貝到Modelsim工程下

4.進行Modelsim仿真

 

圖像保存的步驟：

1.使用matlab將圖像生成txt文。

%將256位的BMP灰度圖像128*128大小生成TXT文檔，再生成mif文件；
clc
clear all
close all
I_rgb = imread('lena.jpg');
subplot(2, 2, 1), imshow(I_rgb), title('lena-rgb')

I_gray = rgb2gray(I_rgb);
subplot(2, 2, 2), imshow(I_gray), title('lena-gray')

I = imresize(I_gray, 0.25);
subplot(2, 2, 3), imshow(I), title('lena-qtr')

fid = fopen('./lena.txt','wt');
for i = 1 : size(I, 1)
    for j = 1 : size(I, 2)
        fprintf(fid, '%d ', I(i, j));%每個數據之間用空格分開%
    end
    fprintf(fid, '\n');
end
fid = fclose(fid);
I_data = load('./lena.txt');

2.創建mif文件(Memory Initialization File):使用mif生成器、C語言或者matlab語言來生成；

   選擇直接使用matlab生成mif文件gray_image.mif；

%mcode to create a mif file
src = imread('lena.jpg');
gray = rgb2gray(src);
[m,n] = size( gray );                  % m行 n列

N = m*n;                               %%數據的長度，即存儲器深度。
word_len = 8;                          %%每個單元的占據的位數，需自己設定
data = reshape(gray', 1, N);% 1行N列

%fid=fopen('gray_image.mif', 'w');       %打開文件
fid=fopen('gray_image.mif', 'w');       %打開文件
fprintf(fid, 'DEPTH=%d;\n', N);
fprintf(fid, 'WIDTH=%d;\n', word_len);

fprintf(fid, 'ADDRESS_RADIX = UNS;\n'); %% 指定地址為十進制
fprintf(fid, 'DATA_RADIX = HEX;\n');    %% 指定數據為十六進制
fprintf(fid, 'CONTENT\t');
fprintf(fid, 'BEGIN\n');
for i = 0 : N-1
    fprintf(fid, '\t%d\t:\t%x;\n',i, data(i+1));
end
fprintf(fid, 'END;\n');                 %%輸出結尾
fclose(fid);                            %%關閉文件

生成的mif文件如下圖所示：

 

 

3.調用mif文件生成ROM（verilog文件即.v文件）

這個是Altera的方法，因為本人電腦上只安裝了Xilinx軟件，所以這一步沒有進行實際操作。

 

使用Xilinx創建並仿真ROM的步驟：

1.編寫.coe文件，作為ROM的初始化文件，.coe文件的格式和內容如代碼所示：

%mcode to create a coe file
%生成的數據是一行行進行讀取的
src = imread('lena.jpg');
gray = rgb2gray(src);
[m,n] = size( gray );                  % m行 n列

N = m*n;                               %%數據的長度，即存儲器深度。
word_len = 8;                          %%每個單元的占據的位數，需自己設定
data = reshape(gray', 1, N);% 1行N列

%fid=fopen('gray_image.mif', 'w');       %打開文件
fid=fopen('lena.coe', 'wt');       %打開文件
fprintf(fid, 'MEMORY_INITIALIZATION_RADIX=16;\n');
fprintf(fid, 'MEMORY_INITIALIZATION_VECTOR=\n');


for i = 1 : N-1
    fprintf(fid, '%x,\n', data(i));%使用%x表示十六進制數
end
fprintf(fid, '%x;\n', data(N));                 %%輸出結尾,每個數據后面用逗號或者空格或者換行符隔開，最后一個數據后面加分號
fclose(fid);                            %%關閉文件

2.生成的.coe文件格式如下圖所示：

3.使用Xilinx中的Core Generator完成ROM的例化(生成的.coe文件的圖像數據是一行行進行讀取的)。

打開ISE，右鍵單擊New Source，如下圖所示：

單擊之后選擇IP_Core_Generator,

單擊Next選項，選擇Memories&Storage Elements->RAMs&ROMs->,選擇塊式存儲或者分布式存儲(這里根據存儲數據的大小進行選擇，較小的可以選擇塊式存儲)。

點擊Next，然后Finish。然后就出現了下面的界面，一直點擊Next進行ROM屬性的一些設置，直至完成：

然后就要選擇所需要的ROM的大小

 portA 表示輸出要不要時鍾打拍輸出，這個是在mux里實現的;

在添加初始化文件的時候，將之前matlab生成的.coe文件添加到ROM IP核中去。

一直next下去，就可以得到初始化好的ROM IP核，可以在./ipcore_dir目錄下查看ROM文件，從而可以在頂層模塊中對ROM進行例化。

生成的ROM文件的輸入輸出變量如下：

module rom_512by512(
  clka,
  addra,
  douta
);

input clka;
input [17 : 0] addra;
output [7 : 0] douta;

在頂層模塊中對ROM進行例化如下：

  wire [7:0] rom_data;
  wire [17:0] rom_addr;

  rom_512by512 U1
  (
    .clka(CLK),          //input clka;
    .addra( rom_addr),   //input
    .douta(rom_data)     //output
  );

4.使用CoreGenerator完成ROM的例化后會生成一個.mif文件，這是Modelsim進行ROM仿真時需要的初始化文件，將.mif文件復制到Modelsim工程下進行仿真。

5.查看ROM模塊中的初始化數據，雙擊Rom模塊，出現如下圖的界面，點擊show按鈕，即可查看數據；

 

完