基于VHDL的SDRAM接口設計

RAM通常用于數(shù)據(jù)和程序的緩存,隨著半導體工業(yè)的發(fā)展，RAM獲得了飛速的發(fā)展，從RAM、DRAM(Dynamic RAM，即動態(tài)RAM)發(fā)展到SDRAM(Synchronous Dynamic RAM，即同步動態(tài)RAM)，RAM的容量越來越大、速度越來越高，可以說存儲器的容量和速度已經(jīng)成為半導體工業(yè)水平的標志。

　　1 任務背景

　　SDRAM具有大容量和高速的優(yōu)點，目前其存取速度可以達到100～133MHz，單片容量可以達到64Mbit或更高，因此在需要高速、大容量存儲器的系統(tǒng)中得到廣泛應用，如應用在目前的計算機內(nèi)存中。但是SDRAM的控制比較復雜，其接口不能直接與目前廣泛應用的普通微處理器如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)中的應用。

　　我們的任務是設計一個通用微處理器，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，另外由于多個通道的數(shù)據(jù)都需要進行緩存和處理，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。來自多個輸入通道的數(shù)據(jù)在采集后需要暫時存儲在SDRAM中，處理后的數(shù)據(jù)也需要存儲在SDRAM中，再輸出到輸出通道中。在SDRAM與多個輸入輸出通道之間，采用多個雙口RAM作為接口器件。輸入通道采集的數(shù)據(jù)首先存儲在雙口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置RAM起始地址、SDRAM起始地址、傳送數(shù)據(jù)長度、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現(xiàn)，不必占用微處理器的指令時間。

　　2 SDRAM簡介

　　SDRAM具有多種工作模式，內(nèi)部操作是一個非常復雜的狀態(tài)機。SDRAM的管腳分為以下幾類：

　　(1)控制信號：包括片選、時鐘、時鐘有效、行/列地址選擇、讀寫選擇、數(shù)據(jù)有效;

　　(2)地址：時分復用管腳，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;

　　(3)數(shù)據(jù)：雙向管腳，受數(shù)據(jù)有效控制;根據(jù)控制信號和地址輸入，SDRAM包括多種輸入命令：① 模式寄存器設置命令;② 激活命令;③ 預充命令;④寫命令;⑤ 讀命令;⑥自動刷新命令;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模式寄存器設置狀態(tài);②激活狀態(tài);③預充狀態(tài);④寫狀態(tài);⑤讀狀態(tài);⑥自動刷新狀態(tài);⑦自我刷新狀態(tài);⑧節(jié)電狀態(tài)。

　　3 SDRAM接口狀態(tài)機設計

　　根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用固定型號SDRAM，我們對SDRAM的操作進行了以下簡化：

　　(1)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)長度為2;

　　(2)DRAM讀命令輸入到數(shù)據(jù)輸出延時時鐘周期為2;

　　(3)不采用自動刷新模式;

　　(4)DRAM的初始化、節(jié)電模式由微處理器控制;

　　(5)DRAM為16位數(shù)據(jù)總線，RAM為32位數(shù)據(jù)總線，SDRAM進行一次突發(fā)操作，RAM進行一次讀寫操作，以實現(xiàn)速度匹配;

　　(6)DRAM和RAM讀寫地址采用遞增模式，連續(xù)變化。

　　簡化的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、寫時序必須仔細設計，應基本可以實現(xiàn)每個時鐘周期進行一次數(shù)據(jù)存取。