此為學(xué)習(xí)http://dengkanwen.com/137.html整理的筆記，侵刪！

SDRAM工作原理

內(nèi)部的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)圖

我們所需關(guān)注的幾個(gè)地方：

1）粗黑線表示在該狀態(tài)下會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)狀態(tài)，細(xì)黑線表示需要給命令才會(huì)跳轉(zhuǎn)。

2）我們重點(diǎn)關(guān)注的幾個(gè)地方：

IDLE 狀態(tài)到WRITE 狀態(tài)：
? 1) 在IDLE 狀態(tài)需要先給ACT 命令激活某一行，此時(shí)處于Row Active 狀態(tài)；
? 2) 在Row Active 狀態(tài)之后，給Write 命令則會(huì)進(jìn)入WRITE 狀態(tài)；
? 3) 在WRITE 狀態(tài)后，再給一次Write 命令，就可以繼續(xù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。
WRITE 狀態(tài)到IDLE 狀態(tài)：
? 1) 在WRITE 狀態(tài)給PRE 命令，則SDRAM 將跳出WRITE 狀態(tài)進(jìn)入Precharge狀態(tài)；
? 2) 在Precharge 狀態(tài)后，就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入IDLE 狀態(tài)了。

? 要從WRITE 狀態(tài)跳到IDLE 狀態(tài)的一個(gè)原因是，我們需要進(jìn)行刷新操作，進(jìn)
入刷新操作，必須從IDLE 狀態(tài)進(jìn)入。
? 另外一點(diǎn)，可能有些朋友看到了WRITE 狀態(tài)下邊還有一個(gè)WRITEA 狀態(tài)，的
確，但是細(xì)心的你有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)當(dāng)處于WRITEA 狀態(tài)時(shí)，它會(huì)自動(dòng)的進(jìn)入Precharge 狀態(tài)。也就是說(shuō)WRITEA 比在WRITE 狀態(tài)的工作效率要低很多，所以在某些對(duì)數(shù)據(jù)交互速度較快的場(chǎng)景中，我們使用WRITE 狀態(tài)。在本套教程中，我們也只講WRITE 狀態(tài)。速度快的都能搞定，那速度慢的操作也是不在話下的。

SDRAM 初始化模塊

首先看一下官方數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的初始化時(shí)序圖

初始化過(guò)程

1）首先需要有200us 的一個(gè)延時(shí)（對(duì)應(yīng)圖中左下方的T），

2）在延時(shí)滿足之后，給一次Precharge 命令，同時(shí)需要指定A10及Bank地址；（如果A10為高(All Banks)，就意味著是給所有的Bank進(jìn)行預(yù)充電，此時(shí)不需要給Bank地址，如果A10為低（SINGLE BANK）,就需要指定某一個(gè)bank的地址。一般為高）

3）然后再過(guò)“tRP”的時(shí)間,給“AutoRefresh”命令，然后再過(guò)“tRC”的時(shí)間，再給“Auto Refresh”命令，（不需要指定bank地址的（大家注意看右下角有說(shuō)明，灰色部分的數(shù)據(jù)我們是不需要關(guān)心的）。

4）然后再經(jīng)過(guò)“tRP”的時(shí)間進(jìn)行模式寄存器設(shè)置。進(jìn)行模式寄存器設(shè)置的時(shí)候，需要給的指令會(huì)稍微復(fù)雜一點(diǎn)，手冊(cè)上顯示A0～A11及BA0，BA1都用到了，下面我們來(lái)看下模式寄存器應(yīng)該怎么進(jìn)行設(shè)置，如圖：

? 這里解釋一下突發(fā)讀寫(xiě)：突發(fā)長(zhǎng)度（A2～A0）設(shè)置為4，在我們進(jìn)行寫(xiě)操作的時(shí)候，數(shù)據(jù)是每4個(gè)數(shù)據(jù)寫(xiě)一次的，就是說(shuō)我們給一次寫(xiě)指令，就會(huì)向SDRAM寫(xiě)進(jìn)去4個(gè)數(shù)據(jù)，而且四個(gè)地址是連續(xù)的（如果突發(fā)類型設(shè)置的是非連續(xù)，則地址不會(huì)連續(xù)，需要我們寫(xiě)一個(gè)數(shù)據(jù)給一次地址，比較耗內(nèi)存）

初始化時(shí)序圖中的幾個(gè)問(wèn)題

1）tRC、tRP、tMRD的時(shí)間是多少，幾個(gè)時(shí)鐘周期？

參照官方數(shù)據(jù)手冊(cè)ML0006 0012-2中的AC ELECTRICAL CHARACTERISTICS部分給出

tRC：63ns

tRP：20ns

tMRD：2cycle

若fpga內(nèi)部頻率為50MHZ，正好是20ns。（4clk、1clk）

2）時(shí)序圖中幾個(gè)command命令的參數(shù)怎樣設(shè)置

上述就是整個(gè)初始化過(guò)程，我們最后以kevin畫(huà)的時(shí)序圖作為一個(gè)總結(jié)

具體代碼為sdram_init；

SDRAM 刷新模塊

我們還是先看一下官方數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的刷新時(shí)序圖

刷新操作的時(shí)序圖分析與前面類似。

刷新時(shí)序圖中的幾個(gè)問(wèn)題

1）兩次刷新時(shí)間間隔有多久呢？

? SDRAM內(nèi)部電容保存數(shù)據(jù)的最長(zhǎng)時(shí)間是64ms，而我們一個(gè)BANK有4096行，64ms/4096～=15us，也就是說(shuō)為了保證SDRAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)不被丟失，兩次刷新之間的最大時(shí)間間隔為15us，所以為了能讓SDRAM有更多的時(shí)間進(jìn)行讀或者寫(xiě)，我們就設(shè)定SDRAM刷新的周期為15us.（若按系統(tǒng)時(shí)鐘50MHZ，就是計(jì)750個(gè)數(shù)）

? SDRAM每進(jìn)行一次刷新，是對(duì)每一行進(jìn)行操作的，并不是單獨(dú)針對(duì)每一個(gè)電容進(jìn)行充電，所以每進(jìn)行一次刷新，該行中的電容進(jìn)行充電我們可以理解為是同步發(fā)生的

2）在每次自動(dòng)刷新時(shí)，我們需要給一個(gè)“Precharge”命令，這個(gè)命令有什么作用呢？

大家可以看下開(kāi)頭的那張狀態(tài)圖，如果此時(shí)SDRAM正處于“WRITE”或“READ”狀態(tài)時(shí)，這個(gè)“Precharge”命令可以使SDRAM跳出“WRITE”或“READ”狀態(tài)從而入“IDLE”狀態(tài)。接下來(lái)，過(guò)“tRP”的時(shí)間，給一個(gè)“Auto-Refresh”命令可以進(jìn)入刷新?tīng)顟B(tài)。

但此時(shí)的Precharge命令我們?cè)趯?xiě)狀態(tài)模塊中給出。在刷新模塊中不需要Precharge命令。

SDRAM仲裁模塊

在介紹仲裁模塊前我們先考慮一個(gè)問(wèn)題：

? 如果我正在讓SDRAM寫(xiě)數(shù)據(jù)，是不是SDRAM刷新的時(shí)間到了，我就必須是讓SDRAM馬上執(zhí)行刷新操作嗎？這樣的話肯定不是現(xiàn)實(shí)的，那必然會(huì)把還沒(méi)寫(xiě)的剩下的數(shù)據(jù)丟失。不能讓我們的數(shù)據(jù)丟失，又要保證SDRAM進(jìn)行刷新來(lái)保證我們整個(gè)SDRAM相應(yīng)BANK中的數(shù)據(jù)不被丟失，我們應(yīng)該怎么來(lái)寫(xiě)代碼呢？

我們可以考慮這樣來(lái)做：如果刷新的時(shí)間到了，先讓寫(xiě)操作把正在寫(xiě)的4個(gè)數(shù)據(jù)（突發(fā)長(zhǎng)度為4）寫(xiě)完，然后再去進(jìn)行刷新操作。而如果在執(zhí)行讀操作也遇到需要刷新的情況，我們也可以這樣來(lái)做，先讓數(shù)據(jù)讀完，再去執(zhí)行刷新操作。

為了解決各個(gè)模塊之間不方便控制的情況，我們引入一個(gè)新的機(jī)制 ——“仲裁”機(jī)制。“仲裁”用來(lái)干什么呢？在這里邊，“仲裁”相當(dāng)于我們這個(gè)SDRAM控制器的老大，對(duì)SDRAM的各個(gè)操作統(tǒng)一協(xié)調(diào)：讀、寫(xiě)及自動(dòng)刷新都由“仲裁”來(lái)控制。

仲裁模塊狀態(tài)機(jī)示意圖：

仲裁模塊和其他各模塊之間的連線：

注：一定要搞清楚說(shuō)的是模塊之間連線的關(guān)系還是狀態(tài)機(jī)之間跳轉(zhuǎn)的關(guān)系哦。

仲裁模塊分析

1）初始化操作完成之后便進(jìn)入到了“ARBIT”仲裁狀態(tài)，只有處于仲裁狀態(tài)的時(shí)候，“仲裁老大”才能進(jìn)行下命令。

2）當(dāng)狀態(tài)機(jī)處于“WRITE”寫(xiě)狀態(tài)時(shí)，如果SDRAM刷新的時(shí)間到了，刷新模塊同時(shí)向?qū)懩K和仲裁模塊發(fā)送刷新請(qǐng)求ref_req信號(hào)。

3）當(dāng)寫(xiě)模塊接受到ref_req之后，寫(xiě)模塊在寫(xiě)完當(dāng)前4個(gè)數(shù)據(jù)（突發(fā)長(zhǎng)度為4）之后，寫(xiě)模塊的寫(xiě)結(jié)束標(biāo)志flag_wr_end拉高，然后狀態(tài)機(jī)進(jìn)入“ARBIT”仲裁狀態(tài)。

4）處于仲裁狀態(tài)之后，此時(shí)有刷新請(qǐng)求ref_req，然后狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)到“AREF”狀態(tài)并且仲裁模塊發(fā)送ref_en刷新使能，刷新模塊將刷新請(qǐng)求信號(hào)ref_req拉低并給sdram發(fā)送刷新的命令。

5）等刷新完畢之后，刷新模塊給仲裁模塊發(fā)送flag_ref_end刷新結(jié)束標(biāo)志，狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)到“ARBIT”仲裁狀態(tài)。

注意了，當(dāng)刷新完跳轉(zhuǎn)到“ARBIT”仲裁狀態(tài)之后，如果之前我們的全部數(shù)據(jù)仍然沒(méi)有寫(xiě)完（Kevin指的是全部數(shù)據(jù)，并不是一個(gè)突發(fā)長(zhǎng)度的4個(gè)數(shù)據(jù)哦），那么此時(shí)我們?nèi)匀灰o仲裁模塊寫(xiě)請(qǐng)求“wr_req”，然后仲裁模塊經(jīng)過(guò)一系列判斷之后，如果符合寫(xiě)操作的時(shí)機(jī)，那就給寫(xiě)模塊一個(gè)寫(xiě)使能信號(hào)“wr_en”，然后跳轉(zhuǎn)到“WRITE”寫(xiě)狀態(tài)并且寫(xiě)模塊開(kāi)始工作。

SDRAM寫(xiě)模塊

官方數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的寫(xiě)操作時(shí)序圖

該時(shí)序圖的分析可以參照前面初始化過(guò)程的分析。

現(xiàn)在我們考慮另一個(gè)問(wèn)題：假設(shè)我們現(xiàn)在需要往SDRAM 中寫(xiě)入兩行數(shù)據(jù)，那什么時(shí)候可以退出仲裁狀態(tài)機(jī)的寫(xiě)狀態(tài)：
1) 數(shù)據(jù)已經(jīng)寫(xiě)完；若我們還想要再寫(xiě)，就需要外部的Wr_trig觸發(fā)
2) SDRAM 需要進(jìn)行刷新操作；外部有一個(gè)刷新請(qǐng)求信號(hào)，并且本次數(shù)據(jù)已經(jīng)寫(xiě)完；轉(zhuǎn)到外部仲裁模塊去執(zhí)行刷新操作，如果刷新完畢需要繼續(xù)寫(xiě)，寫(xiě)模塊請(qǐng)求，仲裁模塊使能。
3) 數(shù)據(jù)未寫(xiě)完，需要激活下一行繼續(xù)寫(xiě)。本行寫(xiě)完標(biāo)志，重新輸入act命令去寫(xiě)下一行

我們將這三個(gè)狀態(tài)化成一個(gè)狀態(tài)機(jī)。如圖所示：

注意上圖中的IDLE狀態(tài)和前面的初始化中的IDLE狀態(tài)不要搞混。這個(gè)IDLE就是寫(xiě)模塊中狀態(tài)機(jī)的初始化部分。

S_WR:if(wr_data_end == 1'b1) state <= S_PRE; else if(ref_req == 1'b1 && burst_cnt_t == 'd2 && flag_wr == 1'b1) state <= S_PRE; else if(sd_row_end == 1'b1 && flag_wr == 1'b1)state <= S_PRE; S_PRE:if(ref_req == 1'b1 && flag_wr == 1'b1) state <= S_REQ;else if(flag_pre_end == 1'b1 && flag_wr == 1'b1) state <= S_ACT;else if(flag_wr == 1'b0) state <= S_IDLE;

我們由以上所述畫(huà)出寫(xiě)模塊時(shí)序圖：

分析寫(xiě)模塊中五個(gè)狀態(tài)機(jī)：

1）IDLE：外部Wr_trig觸發(fā)寫(xiě)信號(hào)，進(jìn)入S_REQ狀態(tài)。寫(xiě)模塊將Flag_wr拉高直到數(shù)據(jù)完全寫(xiě)完結(jié)束。

2）S_REQ：Flag_wr信號(hào)拉高，S_REQ狀態(tài)向外部仲裁發(fā)出請(qǐng)求寫(xiě)信號(hào)wr_req，外部仲裁模塊判斷可以進(jìn)行寫(xiě)操作了并向?qū)懩K發(fā)出wr_en 使能信號(hào)，告訴寫(xiě)模塊可以開(kāi)始寫(xiě)了。進(jìn)入S_ACT狀態(tài)。

3）S_ACT：寫(xiě)模塊在S_ACT狀態(tài)，發(fā)出ACT命令（command），并且指定bank的行地址。ACT命令結(jié)束發(fā)出Flag_act_end結(jié)束標(biāo)志。進(jìn)入S_WR狀態(tài)。

4）S_WR：發(fā)出寫(xiě)命令開(kāi)始寫(xiě)數(shù)據(jù)，此時(shí)需要指定列地址

一行數(shù)據(jù)寫(xiě)完發(fā)出Sd_row_end標(biāo)志信號(hào)。刷新請(qǐng)求出現(xiàn)時(shí)，該組數(shù)據(jù)寫(xiě)完發(fā)出Flag_wr_end標(biāo)志信號(hào)。所有數(shù)據(jù)寫(xiě)完返回Wr_data_end信號(hào)標(biāo)志。

5）S_PRE：預(yù)充電命令 ，進(jìn)入預(yù)充電狀態(tài)，充電完畢返回Flag_pre_end標(biāo)志信號(hào)。

SDRAM讀模塊

SDRAM讀模塊與寫(xiě)模塊一樣在此不再詳述。

讀模塊時(shí)序圖：

有一個(gè)問(wèn)題需要注意：

我們?cè)俳o出讀命令后，數(shù)據(jù)延時(shí)了兩個(gè)周期給出，這個(gè)時(shí)間段叫潛伏期CAS。

寫(xiě)代碼技巧：

1）先寫(xiě)主狀態(tài)機(jī)

2）把時(shí)序圖中用到的時(shí)序信號(hào)標(biāo)志定義出來(lái);

reg flag_wr ; reg [ 4:0] state ; //----------------------------------------------- reg flag_act_end ; reg flag_pre_end ; reg sd_row_end ; reg [ 1:0] burst_cnt ; reg [ 1:0] burst_cnt_t ; reg wr_data_end ; //----------------------------------------------- reg [ 3:0] act_cnt ; reg [ 3:0] break_cnt ; reg [ 6:0] col_cnt ; //----------------------------------------------- reg [11:0] row_addr ; wire [ 8:0] col_addr ;

3）然后按照這個(gè)表寫(xiě)出每個(gè)標(biāo)志信號(hào)產(chǎn)生的代碼

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的SDRAM控制器操作时序的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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