DDR2 SDRAM介紹及其基于MPC8548 CPU的硬件設(shè)計
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DR2(Double Data Rate 2，兩倍數(shù)據(jù)速率，版本2) SDRAM，是由JEDEC標(biāo)準(zhǔn)組織開發(fā)的基于DDR SDRAM的升級存儲技術(shù)。 相對于DDR SDRAM，雖然其仍然保持了一個時鐘周期完成兩次數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦?，?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/DDR2">DDR2 SDRAM在數(shù)據(jù)傳輸率、延時、功耗等方面都有了顯著提高，而這些性能的提高，主要來源于以下技術(shù)的提升：ODT，Post CAS，4n數(shù)據(jù)預(yù)取，封裝等。
* ODT
ODT(On-Die Termination)，即芯片內(nèi)部匹配終結(jié)。
在DDR SDRAM應(yīng)用中，需要通過大量的外部電阻上拉到VTT電平(1.25V)以實現(xiàn)信號匹配，以16位芯片為例，以下信號需要通過這種方式進(jìn)行匹配：CK,CK#,DQ[15:0],LDQS,UDQS, ADDR[10:0],RAS#,CAS#,WE#，即一片芯片需要34個外部上拉電阻，極大的占用了寶貴的PCB面積。同時，由于DQ[15:0],LDQS,UDQS等信號是雙向信號，即讀和寫時，對匹配電阻的位置有不同要求，因此在電阻布局時很難在兩個方向上同時實現(xiàn)最佳的信號完整性。
在DDR2 SDRAM中，采用ODT技術(shù)將許多外部的匹配電阻移到芯片內(nèi)部從而節(jié)省了大量的PCB板上面積。另外，ODT技術(shù)允許存儲控制器(如下文的MPC8548 CPU)通過配置DDR2 SDRAM的內(nèi)部寄存器以及控制ODT信號，來實現(xiàn)對匹配電阻的值及其開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，從而可以實現(xiàn)讀，寫操作時最佳的信號完整性。
圖1 ODT功能圖
DDR2 SDRAM芯片提供一個ODT引腳來控制開或關(guān)芯片內(nèi)部的終結(jié)電阻。在只有一個DDR2 SDRAM芯片作為存儲器控制器的負(fù)載的情況下，寫操作時，由于DDR2 SDRAM作為接收端，所以O(shè)DT引腳為高電平以打開芯片內(nèi)部終結(jié)電阻;讀操作時，由于DDR2 SDRAM作為發(fā)送端，所以O(shè)DT引腳為低電平以關(guān)閉芯片內(nèi)部終結(jié)電阻。其中，ODT引腳的狀態(tài)由存儲器控制器(如MPC8548)來控制。
ODT終端電阻值RTT可以通過DDR2 SDRAM內(nèi)部的EMR寄存器來設(shè)定：首先配置EMR[15:14]=01來選定該寄存器工作于EMR(擴展模式寄存器)模式，然后通過EMR[6]和EMR[2]兩位來設(shè)置內(nèi)部RTT的值，允許選擇為RTT關(guān)閉，75歐姆，150歐姆，50歐姆這四種模式。以選擇75歐姆這種模式為例，圖1中，DQ引腳內(nèi)部的上拉電阻和下拉電阻將配置為150歐姆。
需要注意，DDR2 SDRAM的ODT技術(shù)，只是對DQ,DQS,DM這些信號(在選擇了差分DQS的情況下，也包括DQS#信號)實現(xiàn)了內(nèi)部匹配。而地址和控制信號等仍需要通過外部匹配。
* Posted CAS
以讀DDR2 SDRAM為例。
圖2 多塊數(shù)據(jù)讀取時的間隙問題
DDR2 SDRAM和DDR SDRAM一樣，是通過Bank(塊地址),Row(行地址)和Column(列地址)三者結(jié)合實現(xiàn)尋址。每一次對DDR2 SDRAM的操作，都以ACTIVE命令(圖2的ACT命令，通過有效#RAS信號實現(xiàn))開始，在發(fā)出該命令的同時，通過地址信號線發(fā)出本次操作的Bank和Row地址，此后等待tRCD時間后，發(fā)起READ/AUTO PRECHARGE命令(圖2 的RD AP命令，通過有效#CAS信號實現(xiàn))，該命令的作用是發(fā)出讀取命令，同時通過地址信號線發(fā)出本次操作的Column地址。最后，等待CAS Latency時間之后，數(shù)據(jù)即通過數(shù)據(jù)總線輸出。
由于DDR2 SDRAM的存儲空間相對DDR SDRAM有所增加，因此Bank數(shù)目也有所增加。例如，DDR SDRAM單片最大容量為1Gbit，Bank數(shù)目是4，而DDR2 SDRAM單片最大容量為2Gbit，Bank數(shù)目達(dá)到了8。DDR SDRAM的Bank數(shù)目最少是2，而DDR2 SDRAM的Bank數(shù)目最少是4。為了提高性能，經(jīng)常需要在一個Bank的操作完成之前插入對下一個Bank的操作。如圖2，在發(fā)出對Bank0的ACT命令之后，無需等待對應(yīng)的RD AP命令發(fā)出，只用滿足tRRD時間要求，即可發(fā)出對另一個Bank的ACT命令。
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