Xilinx FPGA RAM Address Collision 地址冲突（又称写穿透）

Address collision 指的是RAM的两个port同时访问相同的地址可能导致数据发生错误的情况。在Xilinx中，不同的RAM，不同的RAM配置会导致address collision时不同的数据结果。

Distributed RAM

对于DRAM，写数据是 synchronous write，需要一个时钟周期， 读数据是 asynchronous read，当前时钟周期就能读出数据。因此当在某一个cycle读写同时访问同一地址时，读数据是 old data，即该地址原存放的数据而不是新要写入的数据。

Block RAM

BRAM的读写都是 synchronous。BRAM的两个Port分别为 PortA 和 PortB。

我们可以将 BRAM address collision 分为以下三类。

• PortA 和 PortB 同时读数据

两个Port都会正确读出该地址中的数据。

• PortA 和 PortB 同时写入数据

该地址最终被写入的数据是 non-deterministic。因此设计中要避免两个port同时写数据的address collision。

• PortA 写数据同时 PortB 读数据，或者是 PortA 读数据同时 PortB 写数据

在这种情况下，数据总是会被正确写入到RAM中，但是读出的数据内容则依赖于BRAM的配置。BRAM的write mode可以配置为三种模式，write first，read first 和 no change。

下图为不同配置下的数据读写结果。可以看到当 write port 配置为 READ_FIRST时，不管 read port 如何配置，都会读出 old data。而当 write port 配置为 WRITE_FIRST 或 NO_CHANGE时，不管 read port 如何配置，读数据都是 X，即 undeterministic。因此在可能发生address collision 的BRAM，一般将两个 port都配置为 READ_FIRST，以确保数据读出的正确。

Ultra RAM

URAM的读写也都是 synchronous。URAM比较有意思的一点是，PortA 总是先于 PortB 执行操作，因此在 address collision 我们会看到不同于BRAM的结果。

• PortA写，PortB读。PortB 会读出new data。（因为PortA先执行，所以在PortB读执行时，new data已经写入RAM中了）
• PortA读，PortB写。PortA 会读出old data。（同样的，这也是因为PortA先执行）
• PortA写，PortB写。最终该地址写入的值是PortB的值。（PortB因为后执行会覆盖PortA写的值）

Reference

1. 《UltraScale Architecture Configurable Logic Block》
2. 《UltraScale Architecture Memory Resources》