FPGA與外部存儲(chǔ)設(shè)備的接口實(shí)現(xiàn)

引言
當(dāng)今社會(huì)是數(shù)字化的社會(huì)，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)與制造集成電路的任務(wù)已不完全由半導(dǎo)體廠商來獨(dú)立承擔(dān)，設(shè)計(jì)師們更希望在教研室里就能驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路功能。FPGA的出現(xiàn)，使得芯片設(shè)計(jì)和應(yīng)用跨入了一個(gè)新的領(lǐng)域。

研究背景

隨著硬件方面的急速發(fā)展，與之相配套的軟件也不斷更新，更快﹑更智能的原理圖編輯﹑設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證工具都被集成到EDA開發(fā)工具中。這些發(fā)展大大縮短了FPGA的開發(fā)周期，增強(qiáng)了FPGA設(shè)計(jì)的靈活性和可移植性，也避免了專用集成電路設(shè)計(jì)的高風(fēng)險(xiǎn)。但由于片內(nèi)存儲(chǔ)器受器件規(guī)模和生產(chǎn)成本的制約，其容量通常不能滿足用戶實(shí)際需求，這就需要使用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件來擴(kuò)展存儲(chǔ)空間。針對這種情況，本文專門研究了FPGA與兩種典型的存儲(chǔ)器接口實(shí)現(xiàn)問題。在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中采用了Xilinx公司Virtex-E系列的FPGA （XCV300E）﹑ISSI公司的高速靜態(tài)存儲(chǔ)器IS63LV1024和HYNIX公司的HY57V281620HC(L/S)T動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器。

XCV300E性能介紹

FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）是可編程邏輯器件的一種，它不僅可以提高系統(tǒng)的可靠性，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，節(jié)省了電路板的面積，而且實(shí)現(xiàn)成本低﹑開發(fā)周期短，是進(jìn)行原始設(shè)計(jì)的理想載體。Virtex-E系列產(chǎn)品對所有Virtex特性都進(jìn)行了加強(qiáng),采用領(lǐng)先的0.18 m六層金屬互連半導(dǎo)體工藝制造，大大提高了器件性能和密度，同時(shí)還提供了可進(jìn)一步滿足下一代數(shù)據(jù)通信和DSP應(yīng)用帶寬要求的高性能系統(tǒng)特性組合。Xilinx公司的VirtexE XCV300E，采用BGA432封裝，片內(nèi)Block RAM為131，072 比特，Distributed RAM為98,304比特，System Gates為411，955門，Logic Gates為82,944門。特性如下：

1.工作在1.8V電壓下的快速﹑高密度FPGA器件 ；
2.采用高度靈活的I/O選擇技術(shù)，支持20種高性能接口標(biāo)準(zhǔn)；
3.采用高性能的鏈路選擇技術(shù)；
4.精密復(fù)雜的存儲(chǔ)器選擇機(jī)制；
5.高性能的時(shí)鐘管理電路；
6.具有能平衡速度與密度的靈活性體系結(jié)構(gòu)；
7.基于SRAM方式的系統(tǒng)配置。

SRAM性能介紹

為了能更好﹑更有效的設(shè)計(jì)FPGA與IS63LV1024的接口實(shí)現(xiàn)，必須先了解IS63LV1024的性能特點(diǎn)。充分利用這些特點(diǎn)會(huì)使設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)變得事半功倍。IS63LV1024是128K 8的高速靜態(tài)存儲(chǔ)器，性能特點(diǎn)包括：

1.工作在3.3V電壓下，高速接入時(shí)間一般分為8、10、12和15ns；

2.高性能﹑低功耗器件（使用ICSI高性能COMS技術(shù)制作過程和使用新的電路設(shè)計(jì)技術(shù)）；

3.通過選擇CE和OE的狀態(tài)可以比較簡單的實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)；

4. CE可以使器件進(jìn)入power-down工作模式，即 沒有被選擇時(shí)，器件進(jìn)入一種掛起狀態(tài)，使得功率消耗小于250 W；

5.不需要時(shí)鐘和更新，是全靜態(tài)工作過程；

6.所有的輸入和輸出都是與TTL相兼容的。

除此之外，為了保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的正確性還必須要了解IS63LV1024的讀寫狀態(tài)的時(shí)序和使能的要求。其讀寫時(shí)序狀態(tài)如圖1所示：