FlexRIOとDRAMの使い方

NI FlexRIOとDRAMを使用した経験から得たFlexRIOとDRAMの特徴と使い方を紹介します。

• FlexRIO：FPGAを搭載したプログラム可能な計測用回路
• DRAM：半導体メモリの一種

FPGAにおけるデータの保持の仕方

• 定数
• レジスタ
• ハンドシェイク
• メモリ
  • ルックアップテーブル（スライス）
  • ブロックメモリ（ブロックRAM）
  • DRAM
• FIFO（DMAFIFO含む）
  • フリップフロップ（スライス）
  • ルックアップテーブル（スライスLUT）
  • ブロックメモリ（ブロックRAM）

定数

• 初期値（定数）のみ設定可能（書き換え不可能）
• 1つのクロックサイクルからのみアクセス
• スライス消費

レジスタ

• 初期値設定可能、書き換え可能
• 複数クロックサイクルからアクセス可能
• カスタム制御器設定可能（クラスタや固定サイズの配列が設定可能）
• 1レジスタにつき、値は1つのみ設定
• FIFOに比べて消費スライスが少なくて済む（スライスを消費する）

ハンドシェイク

• 初期値設定不可能
• 要素数１のキューのような動作（一度書いた要素は読み取る以外に書き換え不可能）
• 一度読み取るとデータが消えるので、読み取りは1か所からのみ可能
• 複数クロックサイクルからアクセス可能
• カスタム制御器設定可能（クラスタや固定サイズの配列が設定可能
• FIFO（フリップフロップ）に比べて消費スライスが少なくて済む

FIFO

• 初期値設定不可能
• キューのように後入れ先出のメモリ
  ※ハンドシェイクと異なり書き込み、読み取りともにタイムアウト設定が可能。（タイミングループ内に実装する場合にはタイムアウトは0に設定する必要がある）
• 一度読み取るとデータが消える
• 複数クロックサイクルからアクセス可能（一部モード）
• カスタム制御器設定可能（クラスタや固定サイズの配列が設定可能）
• フリップフロップ式、ルックアップテーブル式、ブロックメモリ式の3種がある

1. フリップフロップ式：スライスを使ってデータを保存するため、もっとも読書き速度が速い。100Byte未満のデータ用
2. ルックアップテーブル式：ルックアップテーブル（LUT）を使ってデータを保存する。100～300Byte程度のデータ用
3. ブロックメモリ式：ブロックメモリを使ってデータを保存する。300Ｂｙｔｅ以上のデータに用いる唯一異なるクロック領域間で使用可能

メモリ（ルックアップテーブル）

• 初期値設定可能
• アドレスを指定してデータを書き込む/読み込む
• メモリを書き換えない限り、同じアドレスから何度でも同じデータを読み出せる
• 異なるクロックのタイミングループからのアクセス不可（書き込んだデータは次のクロックから読み出し可能）
• カスタム制御器設定可能（クラスタや固定サイズの配列が設定可能）
• スライスを消費する。（要素数に比例）

LUT(ルックアップテーブル)実装の様子

メモリ（ブロックメモリ）

• アドレスを指定してデータを書き込む/読み込む
• メモリを書き換えない限り、同じアドレスから何度でも同じデータを読み出せる
• 異なるクロックサイクルからアクセス可能
  （異なるクロックのタイミングループからアクセスすると、読み出したデータに不確定性が生じる）
  （書き込んだデータは次のクロックから読み出し可能）
• カスタム制御器設定可能（クラスタや固定サイズの配列が設定可能）
• スライスをほとんど消費しない。（ブロックメモリを消費する）

メモリ（DRAM）

• 初期値設定不可能
• アドレスを指定してデータを書き込む/読み込む
• メモリを書き換えない限り、同じアドレスから何度でも同じデータを読み出せる
• 複数クロックサイクルからアクセス可能
  ※書き込み読み込みに癖があり、アクセス速度を一定に保つのは難しい
• カスタム制御器設定可能（クラスタや固定サイズの配列が設定可能）
• スライスをほとんど消費しない。（DRAMを消費する）