實時視頻采集系統(tǒng)的SDRAM控制器設計
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在PAL→VGA的實時視頻采集系統(tǒng)中，由于視頻數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)量大、實時性要求高。需要高速大容量的存儲器作為圖像數(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，而且在價格和功耗方面也占有很大的優(yōu)勢。但是SDRAM控制較復雜，需要處理預充、刷新、換行等操作，因此有必要設計SDRAM控制器來完成和SDRAM的接口。并且為了保證數(shù)據(jù)流的連續(xù)性，實時視頻采集系統(tǒng)通常采用通過對兩片SDRAM的乒乓操作來完成圖像數(shù)據(jù)的緩存。針對SDRAM是高速設備，工作頻率上限最高可以達到166 MHz，而該系統(tǒng)中前端圖像采集模塊的像素時鐘為27 MHz，后端VGA顯示的像素時鐘為31．5 MHz。在此介紹了一種使用1片SDRAM的不同BANK進行乒乓操作，且相對容易實現(xiàn)的SDRAM控制器設計方法。
1 SDRAM基本操作原理
SDRAM的主要操作包括初始化、讀寫訪問、刷新、激活、預充電等。以MICRON公司的MT48LC4M3282(1M×32 b×4 BANKS)為例，簡要介紹一下SDRAM的操作。
如圖1所示，SDRAM的初始化操作過程如下：
(1)在電源管腳上電(電壓不得超過標稱值的0．3 V)并且時鐘穩(wěn)定后經(jīng)過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)且保持時鐘使能信號為高；
(2)對所有的BANK進行預充電，所有的BANK都進入空閑狀態(tài)；
(3)預充電后執(zhí)行兩個自動刷新命令，等待八個刷新周期完畢；
(4)發(fā)出模式設置命令來設置模式寄存器。由于上電后模式寄存器的狀態(tài)是不確定的，所以在進行SDRAM操作之前一定要先設置模式寄存器。模式寄存器設置值如圖2所示。
對SDRAM的讀寫訪問先要以激活命令選擇具體的BANK和行，地址線BA1／BA0用來選擇BANK，A0～A11用來選擇所要訪問的行；然后發(fā)出讀或寫命令，地址線A0～A7用來選擇所要訪問的起始列。在讀命令發(fā)出后，要等待一個CAS延遲時間，有效數(shù)據(jù)才會出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上，CAS延遲時間可以設置為2或3個時鐘。在寫命令發(fā)出后，不需要等待CAS延遲時間有效數(shù)據(jù)會立即出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上。對SDRAM的讀寫操作一般以突發(fā)模式進行，突發(fā)長度可以設置成1，2，4，8以及全頁，常用的長度為8個。該系統(tǒng)的CAS延遲時間設置為2，突發(fā)長度為1。
SDRAM的存儲單元可以理解為一個電容，總是傾向于放電，必須有定時的刷新周期以避免數(shù)據(jù)丟失。只要保證在64 ms時間內所有有效數(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：自動刷新和自刷新。在該系統(tǒng)中，前端PAL制式信號一幀的時間為40 ms，因此SDRAM的同一地址讀寫操作的時間相隔為40 ms。又由于系統(tǒng)為實時視頻采集系統(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)不需要進行刷新操作即可保證數(shù)據(jù)不丟。
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