SDRAM接口的VHDL設(shè)計(jì)
RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 是一種在電子系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的器件,通常用于數(shù)據(jù)和程序的緩存。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展,RAM獲得了飛速的發(fā)展,從RAM、DRAM(Dynamic RAM,即動(dòng)態(tài)RAM)發(fā)展到SDRAM(Synchronous Dynamic RAM,即同步動(dòng)態(tài)RAM),RAM的容量越來越大、速度越來越高,可以說存儲(chǔ)器的容量和速度已經(jīng)成為半導(dǎo)體工業(yè)水平的標(biāo)志。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/84168.htm?。?任務(wù)背景
SDRAM具有大容量和高速的優(yōu)點(diǎn),目前其存取速度可以達(dá)到100~133MHz,單片容量可以達(dá)到64Mbit或更高,因此在需要高速、大容量存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用,如應(yīng)用在目前的計(jì)算機(jī)內(nèi)存中。但是SDRAM的控制比較復(fù)雜,其接口不能直接與目前廣泛應(yīng)用的普通微處理器例如MCS-51系列、MOTOROLA 68000系列 連接,這樣就限制了SDRAM在微處理器系統(tǒng)中的應(yīng)用。
我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)通用微處理器,它要具有語音、數(shù)據(jù)、圖像等多種處理功能,并具有RS232、USB等多種接口,另外由于多個(gè)通道的數(shù)據(jù)都需要進(jìn)行緩存和處理,因此高速大容量的緩存是此系統(tǒng)必須的,所以選用了SDRAM作為緩存器件。來自多個(gè)輸入通道的數(shù)據(jù)在采集后需要暫時(shí)存儲(chǔ)在SDRAM中,處理后的數(shù)據(jù)也需要存儲(chǔ)在SDRAM中,再輸出到輸出通道中。在SDRAM與多個(gè)輸入輸出通道之間,采用多個(gè)雙口RAM作為接口器件。輸入通道采集的數(shù)據(jù)首先存儲(chǔ)在雙口RAM中,采集滿后,通過若干條指令將RAM中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到SDRAM中的一定位置中,將SDRAM中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到RAM中也只需要若干條指令來完成。這樣通過幾條指令來設(shè)置RAM起始地址、SDRAM起始地址、傳送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、傳送數(shù)據(jù)方向之后,SDRAM與RAM之間數(shù)據(jù)傳送就完全可以通過硬件實(shí)現(xiàn),不必占用微處理器的指令時(shí)間。
?。?SDRAM簡(jiǎn)介
SDRAM具有多種工作模式,內(nèi)部操作是一個(gè)非常復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)。SDRAM的管腳分為以下幾類:
?。?nbsp; (1) 控制信號(hào):包括片選、時(shí)鐘、時(shí)鐘有效、行/列地址選擇、讀寫選擇、數(shù)據(jù)有效;
?。?nbsp; (2) 地址:時(shí)分復(fù)用管腳,根據(jù)行/列地址選擇管腳控制輸入地址為行地址或列地址;
?。?nbsp; (3) 數(shù)據(jù):雙向管腳,受數(shù)據(jù)有效控制;
根據(jù)控制信號(hào)和地址輸入,SDRAM包括多種輸入命令:① 模式寄存器設(shè)置命令;② 激活命令;③ 預(yù)充命令;④寫命令;⑤ 讀命令;⑥自動(dòng)刷新命令;⑦ 自我刷新命令;⑧突發(fā)停止命令;⑨ 空操作命令。
根據(jù)輸入命令,SDRAM狀態(tài)在內(nèi)部狀態(tài)間轉(zhuǎn)移。內(nèi)部狀態(tài)包括:①模式寄存器設(shè)置狀態(tài);②激活狀態(tài);③預(yù)充狀態(tài);④寫狀態(tài);⑤讀狀態(tài);⑥自動(dòng)刷新狀態(tài);⑦自我刷新狀態(tài);⑧節(jié)電狀態(tài)。
?。?SDRAM接口狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)的要求,采用固定型號(hào)SDRAM,我們對(duì)SDRAM的操作進(jìn)行了以下簡(jiǎn)化:
?。?nbsp; (1) 不考慮隨機(jī)存取模式,只采用突發(fā)讀寫數(shù)據(jù)模式,固定突發(fā)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為2;
(2) 固定SDRAM讀命令輸入到數(shù)據(jù)輸出延時(shí)時(shí)鐘周期為2;
?。?nbsp; (3) 刷新模式僅采用自我刷新模式,不采用自動(dòng)刷新模式;
?。?nbsp; (4) SDRAM的初始化、節(jié)電模式由微處理器控制;
?。?nbsp; (5) SDRAM為16位數(shù)據(jù)總線,RAM為32位數(shù)據(jù)總線,SDRAM進(jìn)行一次突發(fā)操作,RAM進(jìn)行一次讀寫操作,以實(shí)現(xiàn)速度匹配;
(6) SDRAM和RAM讀寫地址采用遞增模式,連續(xù)變化。
簡(jiǎn)化的SDRAM接口狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖1所示。其中,初始化、自我刷新、電源關(guān)斷、讀操作、寫操作、預(yù)充等狀態(tài)又分別各由一組子狀態(tài)組成。
為充分利用SDRAM的高速存取特性,讀、寫時(shí)序必須仔細(xì)設(shè)計(jì),應(yīng)基本可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)時(shí)鐘周期進(jìn)行一次數(shù)據(jù)存取。
3.1 SDRAM讀操作時(shí)序設(shè)計(jì)
當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移方向?yàn)閺腟DRAM到雙口RAM時(shí),如果SDRAM讀操作行地址未發(fā)生變化,可以滿足每時(shí)鐘周期輸出一次數(shù)據(jù)的高速操作。但是當(dāng)SDRAM行地址發(fā)生變化時(shí),必須返回預(yù)充狀態(tài),由于從SDRAM的讀命令輸入到SDRAM數(shù)據(jù)輸出之間有2個(gè)時(shí)鐘周期的延時(shí),所以判斷下一讀操作的行地址是否發(fā)生變化必須提前兩個(gè)周期判斷。讀操作部分的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖2所示。
評(píng)論