使用matlab和ISE 创建并仿真ROM IP核

前言

本人想使用简单的中值滤波进行verilog相关算法的硬件实现，由于HDL设计软件不能直接处理图像，大部分过程都是可以将图像按照一定的顺序保存到TXT文档中，经过Modelsim仿真后，处理的数据再经过matlab显示图像；图像首先通过matlab或者C语言保存在TXT文档中，生成测试向量文件，然后在仿真软件中进行仿真处理，把处理后的数据保存为TXT格式，最后用matlab显示，观察结果。一般都是先创建MIF文件，将图像中的像素信息用一个ROM储存起来，然后调用ROM里面的地址进行处理，相当于制作了一个ROM查找表。

用Quartus II创建并仿真ROM的步骤：

1.在Quatus工程下生成一个ROM

2.编写.mif文件，作为ROM的初始化文件

3.将.mif文件拷贝到Modelsim工程下

4.进行Modelsim仿真

图像保存的步骤：

1.使用matlab将图像生成txt文。

%将256位的BMP灰度图像128*128大小生成TXT文档，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));%每个数据之间用空格分开%
    end
    fprintf(fid, '\n');
end
fid = fclose(fid);
I_data = load('./lena.txt');

2.创建mif文件(Memory Initialization File):使用mif生成器、C语言或者matlab语言来生成；

   选择直接使用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;                               %%数据的长度，即存储器深度。
word_len = 8;                          %%每个单元的占据的位数，需自己设定
data = reshape(gray', 1, N);% 1行N列

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

fprintf(fid, 'ADDRESS_RADIX = UNS;\n'); %% 指定地址为十进制
fprintf(fid, 'DATA_RADIX = HEX;\n');    %% 指定数据为十六进制
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');                 %%输出结尾
fclose(fid);                            %%关闭文件

生成的mif文件如下图所示：

3.调用mif文件生成ROM（verilog文件即.v文件）

这个是Altera的方法，因为本人电脑上只安装了Xilinx软件，所以这一步没有进行实际操作。

使用Xilinx创建并仿真ROM的步骤：

1.编写.coe文件，作为ROM的初始化文件，.coe文件的格式和内容如代码所示：

%mcode to create a coe file
%生成的数据是一行行进行读取的
src = imread('lena.jpg');
gray = rgb2gray(src);
[m,n] = size( gray );                  % m行 n列

N = m*n;                               %%数据的长度，即存储器深度。
word_len = 8;                          %%每个单元的占据的位数，需自己设定
data = reshape(gray', 1, N);% 1行N列

%fid=fopen('gray_image.mif', 'w');       %打开文件
fid=fopen('lena.coe', 'wt');       %打开文件
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表示十六进制数
end
fprintf(fid, '%x;\n', data(N));                 %%输出结尾,每个数据后面用逗号或者空格或者换行符隔开，最后一个数据后面加分号
fclose(fid);                            %%关闭文件

2.生成的.coe文件格式如下图所示：

3.使用Xilinx中的Core Generator完成ROM的例化(生成的.coe文件的图像数据是一行行进行读取的)。

打开ISE，右键单击New Source，如下图所示：

单击之后选择IP_Core_Generator,

单击Next选项，选择Memories&Storage Elements->RAMs&ROMs->,选择块式存储或者分布式存储(这里根据存储数据的大小进行选择，较小的可以选择块式存储)。

点击Next，然后Finish。然后就出现了下面的界面，一直点击Next进行ROM属性的一些设置，直至完成：

然后就要选择所需要的ROM的大小

portA 表示输出要不要时钟打拍输出，这个是在mux里实现的;

在添加初始化文件的时候，将之前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目录下查看ROM文件，从而可以在顶层模块中对ROM进行例化。

生成的ROM文件的输入输出变量如下：

module rom_512by512(
  clka,
  addra,
  douta
);

input clka;
input [ : ] addra;
output [ : ] douta;

在顶层模块中对ROM进行例化如下：

  wire [:] rom_data;
  wire [:] rom_addr;

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

4.使用CoreGenerator完成ROM的例化后会生成一个.mif文件，这是Modelsim进行ROM仿真时需要的初始化文件，将.mif文件复制到Modelsim工程下进行仿真。

5.查看ROM模块中的初始化数据，双击Rom模块，出现如下图的界面，点击show按钮，即可查看数据；

完