用Verilog语言写一个双端口异步的ram控制器，带内部缓存，外挂64k静态存储芯片，两个端口数据独立访问不受影响，数据位宽8位，地址位宽16位。

在 Verilog 中编写一个双端口异步 RAM 控制器，结合内部缓存和外部 64K 静态存储芯片，可以分为以下几个关键部分：

1. **模块定义**：

module ram_controller (
    input clk,                // 时钟信号
    input rst_n,              // 复位信号
    input [15:0] addr_a,      // 主端口地址（A）
    input [7:0] data_a,       // 主端口数据输入
    output reg [7:0] data_out_a,   // 主端口数据输出
    input [15:0] addr_b,      // 副端口地址（B）
    input [7:0] data_b,       // 副端口数据输入
    output reg [7:0] data_out_b   // 副端口数据输出
);

2. **内部缓存**：
- 使用 `always @*` 并行加载缓存
- `rams_cache` 实例化并连接主副端口

reg [15:0] cache_addr;     // 缓存地址
reg [7:0] cache_data;

always @(posedge clk or posedge rst_n) begin
    if (!rst_n) begin
        cache_addr <= 0;
        cache_data <= 0;
    end else if (cache_valid && !addr_a == cache_addr) begin
        data_out_a <= cache_data;
    end else if (cache_read && !addr_b == cache_addr) begin
        data_out_b <= cache_data;
    end
end

ram #(.ADDRESS_WIDTH(16), .DATA_WIDTH(8)) rams_cache (
    .clk(clk),
    .rst_n(rst_n),
    .addr(cache_addr),
    .data_in(data_a | data_b),   // 或操作将数据合并
    .data_out(cache_data),
    .read_en(cache_read),
    .write_enable(!cache_write)
);

3. **外部RAM接口**：
- 连接至外部存储芯片
- 使用 `async_edge` 来处理异步接口

wire async_edge_clk_a, async_edge_clk_b;
assign async_edge_clk_a = rising_edge(clk) & !addr_a[15]; // 异步边缘触发
assign async_edge_clk_b = rising_edge(clk) & !addr_b[15];

ram #(.ADDRESS_WIDTH(16), .DATA_WIDTH(8)) external_ram (
    .clk(async_edge_clk_a),
    .rst_n(rst_n),
    .addr(addr_a),
    .data_in(data_a),
    .data_out(data_out_a),
    .read_en(1'b1),         // 始终读取
    .write_enable(write_en_a)  // 写入控制
);

ram #(.ADDRESS_WIDTH(16), .DATA_WIDTH(8)) external_ram_b (
    .clk(async_edge_clk_b),
    .rst_n(rst_n),
    .addr(addr_b),
    .data_in(data_b),
    .data_out(data_out_b),
    .read_en(1'b1),         // 始终读取
    .write_enable(write_en_b)  // 写入控制
);

4. **控制逻辑**：
- 写入缓存和外部 RAM 的条件
- 缓存读写控制

input write_en_a, write_en_b,      // 写入请求
input cache_read, cache_write,     // 缓存操作
reg cache_valid, cache_hit;        // 缓存状态

// 缓存操作
always @(posedge clk or posedge rst_n) begin
    if (!rst_n) begin
        cache_valid <= 0;
        cache_hit <= 0;
    end else if (write_en_a || write_en_b) begin
        cache_valid <= 0;  // 写入时清空缓存有效标志
    end else if (!cache_read && !cache_write) begin
        cache_valid <= (data_out_a == data_b);  // 当读取不冲突时设置缓存有效
        cache_hit <= (data_out_a == data_b);
    end
end

// 写入控制
assign write_en_a = ~cache_hit && data_out_a != 0;
assign write_en_b = ~cache_hit && data_out_b != 0;