實(shí)時(shí)視頻采集系統(tǒng)的SDRAM控制器設(shè)計(jì)
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在PAL→VGA的實(shí)時(shí)視頻采集系統(tǒng)中，由于視頻數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性要求高。需要高速大容量的存儲(chǔ)器作為圖像數(shù)據(jù)的緩存。SDRAM作數(shù)據(jù)緩存不僅具有大容量和高速度的特點(diǎn)，而且在價(jià)格和功耗方面也占有很大的優(yōu)勢(shì)。但是SDRAM控制較復(fù)雜，需要處理預(yù)充、刷新、換行等操作，因此有必要設(shè)計(jì)SDRAM控制器來(lái)完成和SDRAM的接口。并且為了保證數(shù)據(jù)流的連續(xù)性，實(shí)時(shí)視頻采集系統(tǒng)通常采用通過(guò)對(duì)兩片SDRAM的乒乓操作來(lái)完成圖像數(shù)據(jù)的緩存。針對(duì)SDRAM是高速設(shè)備，工作頻率上限最高可以達(dá)到166 MHz，而該系統(tǒng)中前端圖像采集模塊的像素時(shí)鐘為27 MHz，后端VGA顯示的像素時(shí)鐘為31．5 MHz。在此介紹了一種使用1片SDRAM的不同BANK進(jìn)行乒乓操作，且相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的SDRAM控制器設(shè)計(jì)方法。
1 SDRAM基本操作原理
SDRAM的主要操作包括初始化、讀寫訪問(wèn)、刷新、激活、預(yù)充電等。以MICRON公司的MT48LC4M3282(1M×32 b×4 BANKS)為例，簡(jiǎn)要介紹一下SDRAM的操作。
如圖1所示，SDRAM的初始化操作過(guò)程如下：
(1)在電源管腳上電(電壓不得超過(guò)標(biāo)稱值的0．3 V)并且時(shí)鐘穩(wěn)定后經(jīng)過(guò)200μs延遲，執(zhí)行一次空操作命令(該命令在延遲周期的后期發(fā)出)且保持時(shí)鐘使能信號(hào)為高；
(2)對(duì)所有的BANK進(jìn)行預(yù)充電，所有的BANK都進(jìn)入空閑狀態(tài)；
(3)預(yù)充電后執(zhí)行兩個(gè)自動(dòng)刷新命令，等待八個(gè)刷新周期完畢；
(4)發(fā)出模式設(shè)置命令來(lái)設(shè)置模式寄存器。由于上電后模式寄存器的狀態(tài)是不確定的，所以在進(jìn)行SDRAM操作之前一定要先設(shè)置模式寄存器。模式寄存器設(shè)置值如圖2所示。
對(duì)SDRAM的讀寫訪問(wèn)先要以激活命令選擇具體的BANK和行，地址線BA1／BA0用來(lái)選擇BANK，A0～A11用來(lái)選擇所要訪問(wèn)的行；然后發(fā)出讀或?qū)懨?，地址線A0～A7用來(lái)選擇所要訪問(wèn)的起始列。在讀命令發(fā)出后，要等待一個(gè)CAS延遲時(shí)間，有效數(shù)據(jù)才會(huì)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上，CAS延遲時(shí)間可以設(shè)置為2或3個(gè)時(shí)鐘。在寫命令發(fā)出后，不需要等待CAS延遲時(shí)間有效數(shù)據(jù)會(huì)立即出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上。對(duì)SDRAM的讀寫操作一般以突發(fā)模式進(jìn)行，突發(fā)長(zhǎng)度可以設(shè)置成1，2，4，8以及全頁(yè)，常用的長(zhǎng)度為8個(gè)。該系統(tǒng)的CAS延遲時(shí)間設(shè)置為2，突發(fā)長(zhǎng)度為1。
SDRAM的存儲(chǔ)單元可以理解為一個(gè)電容，總是傾向于放電，必須有定時(shí)的刷新周期以避免數(shù)據(jù)丟失。只要保證在64 ms時(shí)間內(nèi)所有有效數(shù)據(jù)行都完成刷新就可以保證數(shù)據(jù)不丟。SDRAM提供兩種類型的刷新模式：自動(dòng)刷新和自刷新。在該系統(tǒng)中，前端PAL制式信號(hào)一幀的時(shí)間為40 ms，因此SDRAM的同一地址讀寫操作的時(shí)間相隔為40 ms。又由于系統(tǒng)為實(shí)時(shí)視頻采集系統(tǒng)，前端采集的視頻數(shù)據(jù)是連續(xù)不斷的，所以該系統(tǒng)不需要進(jìn)行刷新操作即可保證數(shù)據(jù)不丟。
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