零基礎(chǔ)學(xué)FPGA （二十三） SDR SDRAM（架構(gòu)篇）

1、零基礎(chǔ)學(xué)fpga （二十三） sdr sdram（架構(gòu)篇） 今日我們來(lái)講的是sdram的架構(gòu)以及設(shè)計(jì)，這也是小墨第一次接觸架構(gòu)，也談不上給大家講，就是把我理解的當(dāng)做一個(gè)筆記共享給大家，有什么錯(cuò)誤也請(qǐng)樂(lè)觀指正，究竟我也是沒(méi)有教師教，也是自己試探的，難免有些不合理的地方。 一、sdram 工作部分1、上電初始化我們先來(lái)看第一部分，上電初始化。上電初始化我們知道，上電之后我們需要等待200us的穩(wěn)定期，這段時(shí)光我們可以用一個(gè)定時(shí)器來(lái)計(jì)數(shù)，這沒(méi)什么問(wèn)題，然后進(jìn)入的是預(yù)充電部分，這個(gè)時(shí)候，預(yù)充電的時(shí)候，sdram_cmd模塊會(huì)檢測(cè)此時(shí)的初始化狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)，若處于預(yù)充電狀態(tài)，那么sdram_cmd模塊向s

2、dram發(fā)指令，詳細(xì)指令sdram的datasheet里面有，發(fā)的是一個(gè)precharge，即預(yù)充電，發(fā)完指令之后，需要等待一段時(shí)光，來(lái)確保這個(gè)指令被sdram捕捉，這等待的時(shí)光，特權(quán)教師用的方式我覺(jué)得很好用一個(gè)宏定義，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到相應(yīng)的時(shí)光后，預(yù)充電完成參數(shù)置位 即end_trp 置位，下面的使用也是一樣，即當(dāng)時(shí)始化狀態(tài)機(jī)進(jìn)入預(yù)充電狀態(tài)i_pre時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)啟，開(kāi)頭計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)完成，也就是預(yù)充電結(jié)束的時(shí)候，計(jì)數(shù)器復(fù)位，這個(gè)復(fù)位的控制，可以用case語(yǔ)句來(lái)檢測(cè)初始化狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)，在相應(yīng)的狀態(tài)賦予相應(yīng)的復(fù)位與置位接下來(lái)是8個(gè)自刷新，操作和預(yù)充電一樣到了模式寄存器的配置階段，我們需要選定l_ban

3、k，以及sdram工作模式的配置，當(dāng)sdram_cmd模塊檢測(cè)到初始化狀態(tài)機(jī)到達(dá)模式寄存器配置階段時(shí)，我們的給sdram的sdram_bank端口賦相應(yīng)的值，并且設(shè)置地址當(dāng)時(shí)始化結(jié)束的時(shí)候，標(biāo)記位init_done置位，告知工作狀態(tài)機(jī)，初始化狀態(tài)機(jī)已經(jīng)結(jié)束，進(jìn)入工作狀態(tài)。下面是我用word做的上電初始化的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖2、自刷新初始化結(jié)束之后，sdram為了防止數(shù)據(jù)走失，要舉行自刷新，上一篇文章已經(jīng)講過(guò)了，刷新212行需要64ms，也就是每15us刷新一行，也就是我們需要每15us發(fā)送一次自刷新哀求給sdram工作狀態(tài)機(jī)，狀態(tài)機(jī)一旦檢測(cè)到自刷新哀求信號(hào)，就告知sdram工作模塊，然后工作模塊就向s

4、dram發(fā)送自刷新指令，即cmd_a_pef下面是自刷新的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖3、讀寫狀態(tài)初始化結(jié)束以后，sdram就處于工作狀態(tài)，每15us舉行一次自刷新，這個(gè)時(shí)候，假如想要讀或?qū)憯?shù)據(jù)的話，即向工作狀態(tài)機(jī)sdram_work_fsm發(fā)送讀寫哀求，假如是讀哀求，那么工作狀態(tài)機(jī)進(jìn)入行有效狀態(tài)，也即激活狀態(tài)w_active，此時(shí)，sdram_cmd模塊會(huì)發(fā)送行有效指令，即cmd_activea同時(shí)，我們需要將我們的12位行地址送給我們的sdram地址總線sdram_addr，然后便是一個(gè)等待時(shí)光段，trcd，這個(gè)時(shí)光段里我們是不需要做什么工作的，只需等待trcd結(jié)束trcd結(jié)束的時(shí)候，工作狀態(tài)機(jī)進(jìn)入讀狀態(tài)，

5、此時(shí)，我們需要發(fā)送列地址選中我們的存儲(chǔ)單元，并告知sdram_cmd模塊發(fā)送讀指令，這個(gè)過(guò)程是讀指令和列地址同時(shí)發(fā)送的。我們知道，讀指令發(fā)出之后，會(huì)進(jìn)入埋伏期tcl。這個(gè)狀態(tài)我們也不需要做什么，由于我們?cè)谀Ｊ郊拇嫫髋渲秒A段已經(jīng)將各種參數(shù)配置好了，包括什么埋伏期長(zhǎng)，突發(fā)讀寫長(zhǎng)度之類的，等到埋伏期結(jié)束之后，sdram會(huì)自動(dòng)舉行讀數(shù)據(jù)，而且讀的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度會(huì)跟我們之前設(shè)置的一樣長(zhǎng)，這個(gè)讀數(shù)據(jù)的狀態(tài)需要時(shí)光，即我們的工作狀態(tài)機(jī)工作在w_rd狀態(tài)，等待8個(gè)時(shí)鐘周期之后，全部的數(shù)據(jù)都已經(jīng)被送到數(shù)據(jù)總線。這個(gè)時(shí)候我們需要等一會(huì)，由于我們?cè)诎l(fā)送讀指令的時(shí)候，a10是置1的，也就是說(shuō)，每次讀寫完之后要自動(dòng)舉行預(yù)充電

6、，從而才可以打開(kāi)新的工作行，這時(shí)，我們的工作狀態(tài)機(jī)即進(jìn)入了w_rwait狀態(tài)，等到預(yù)充電結(jié)束，才完成一次讀操作，返回初始狀態(tài)，等待下一個(gè)哀求的到來(lái)下面是讀寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，因?yàn)閷憼顟B(tài)只是沒(méi)有埋伏期，寫完之后有一個(gè)寫回延時(shí)，其他地方與讀狀態(tài)相同，我就不再介紹了二、模擬信號(hào)產(chǎn)生部分我們先來(lái)想一下我們的要想測(cè)試我們的sdram控制器是否正確，都需要什么測(cè)試參數(shù)吧1、 首先我們需要發(fā)送讀寫地址對(duì)吧，但是我們需要有一個(gè)間隔，即每隔一段時(shí)光發(fā)送一次寫地址，為什么呢?由于我們之前在模式寄存器配置的時(shí)候，定義了突發(fā)讀寫的長(zhǎng)度為8，也就是我們發(fā)送一個(gè)地址，那么sdram會(huì)在延續(xù)的8個(gè)地址中延續(xù)寫8次數(shù)，我們假如要再

7、發(fā)送地址，需要等到這8次地址寫完之后再發(fā)送下一個(gè)地址這個(gè)延時(shí)也許為640ns，也就是計(jì)數(shù)器為什么要計(jì)到3f的緣由，下一個(gè)地址的發(fā)送就需要比之前的地址大8了，比如第一次我發(fā)送的是0地址，那,隔一段時(shí)光之后，我就需要發(fā)送8地址了。讀地址也一樣，當(dāng)寫地址寫滿了之后，讓地址清零，從零地址讀起即可還有再說(shuō)明一下，特權(quán)教師為什么定義22位的模擬地址，22位的模擬地址包括2位的l_bank的地址，12位行地址和8位列地址。有人會(huì)問(wèn)，為什么是行地址和列地址分開(kāi)呢，不是行列地址共用嗎?注重這里只是模擬地址，到時(shí)候我們給地址總線賦值的時(shí)候是分開(kāi)賦值的2、然后我們需要產(chǎn)生遞增數(shù)據(jù)，每640ns產(chǎn)生8個(gè)數(shù)即可3、在發(fā)

8、送遞增數(shù)據(jù)之前，我們需要發(fā)送寫哀求信號(hào)，這個(gè)寫哀求信號(hào)是要發(fā)送到我們接下來(lái)要講的fifo里面，發(fā)送寫哀求之后，數(shù)據(jù)進(jìn)入fifo，注重，這里的寫哀求是發(fā)送給fifo的，不是發(fā)送到sdram的，sdram的寫哀求是由fifo發(fā)出去的有人會(huì)問(wèn)，寫哀求有了，是不是還該有讀哀求，要知道，我們的數(shù)據(jù)是先寫到fifo里面，再有sdram對(duì)fifo舉行讀操作，將寫進(jìn)fifo的數(shù)據(jù)再送到sdram，而我們從sdram中讀回的數(shù)據(jù)，同樣要寫到fifo里面，然后我們?cè)購(gòu)膄ifo里面讀。是不是有人會(huì)問(wèn)，這不是多此一舉嗎?其實(shí)不然，要知道我們的sdram是工作在100m的時(shí)鐘頻率下，而且是有相位偏移的，對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)

9、異步時(shí)鐘，假如我們不采納fifo的形式，那很簡(jiǎn)單發(fā)生亞穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定三、數(shù)據(jù)緩存部分1、寫fifo我來(lái)說(shuō)明一下，寫入時(shí)鐘，也就是我們fpga的時(shí)鐘，50mhz，在這個(gè)時(shí)鐘頻率下，我們需要給fifo發(fā)送寫哀求和遞增數(shù)據(jù)，wrusedw反映了我寫入fifo的占用量，當(dāng)sdram工作狀態(tài)機(jī)檢測(cè)到寫哀求之后(fifo發(fā)出的寫哀求)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)，告知fifo要讀數(shù)據(jù)了，這個(gè)響應(yīng)作為fifo的讀信號(hào)，在100mhz的時(shí)鐘頻率下，將我們寫入的數(shù)據(jù)讀走，送到sdram數(shù)據(jù)總線上2、讀fifo讀fifo跟寫fifo相反，寫fifo時(shí)鐘為100mhz，在這個(gè)時(shí)鐘頻率下，我們將從sdram中讀回的數(shù)據(jù)寫到fifo里面，注重這里我們還用了wrusedw，來(lái)反應(yīng)寫fifo的占用量，也就是我們從sdram里讀了多少數(shù)據(jù)，然后在50mhz的時(shí)鐘下，將從sdram讀回的數(shù)據(jù)采集下來(lái)，送到顯示模塊來(lái)驗(yàn)證是否是遞增數(shù)據(jù)，這個(gè)顯示模塊我們用數(shù)碼管來(lái)顯示，比較便利，為了觀看清晰，我們可以在數(shù)碼管顯示模塊，