雙埠同步 RAM

請設計一個名為 RAM 的雙埠同步記憶體模組。此模組具有獨立的讀取埠與寫入埠，因此可以在同一個時脈週期進行讀取與寫入操作。

RAM 的資料寬度為 6 位元，深度為 8，共有 8 個記憶體位置。當 Reset 有效時，所有記憶體位置皆初始化為：

000000

當 write_en 為 1 時，在 clk 的上升沿將 write_data 寫入 write_addr 指定的位置。

當 read_en 為 1 時，在 clk 的上升沿讀取 read_addr 指定位置的資料，並更新至 read_data。

當 read_en 為 0 時，在 clk 的上升沿將 read_data 清除為 0。

模組名稱

RAM

參數

輸入埠

輸出埠

功能說明

Reset

當 rst_n 為 0 時，所有記憶體位置與 read_data 都必須清除為 0：

RAM[0] = 000000
RAM[1] = 000000
RAM[2] = 000000
RAM[3] = 000000
RAM[4] = 000000
RAM[5] = 000000
RAM[6] = 000000
RAM[7] = 000000

read_data = 000000

Reset 為非同步操作，因此不需要等待時脈上升沿。

寫入操作

當 rst_n = 1 且 write_en = 1 時，在 clk 上升沿執行：

RAM[write_addr] <= write_data;

當 write_en = 0 時，RAM 內容保持不變。

讀取操作

當 rst_n = 1 且 read_en = 1 時，在 clk 上升沿執行：

read_data <= RAM[read_addr];

當 read_en = 0 時，在 clk 上升沿執行：

read_data <= 6'b000000;

同時讀寫

讀取與寫入分別由兩個時序區塊控制，因此可以在同一個時脈上升沿同時進行。

若讀取位址與寫入位址不同，兩個操作互不影響。

若同一個時脈週期讀取與寫入相同位址，由於使用 nonblocking assignment，read_data 會取得該位址寫入前的舊資料。

設計要求

1. 模組名稱必須為 RAM。
2. 資料寬度預設為 6 位元。
3. 記憶體深度預設為 8。
4. 有效位址範圍為 0 至 7。
5. Reset 必須為低電位有效的非同步 Reset。
6. Reset 時必須清除全部 RAM 內容。
7. Reset 時必須將 read_data 清除為 0。
8. write_en = 1 時執行同步寫入。
9. read_en = 1 時執行同步讀取。
10. read_en = 0 時，read_data 必須清除為 0。
11. 讀取與寫入可以同時進行。
12. 時序邏輯必須使用 nonblocking assignment。

程式模板

module RAM #(
    parameter WIDTH = 6,
    parameter DEPTH = 8
) (
    input                  clk,
    input                  rst_n,
    input                  write_en,
    input      [7:0]       write_addr,
    input      [WIDTH-1:0] write_data,
    input                  read_en,
    input      [7:0]       read_addr,
    output reg [WIDTH-1:0] read_data
);

    reg [WIDTH-1:0] RAM [0:DEPTH-1];

    // Write your code here

endmodule