可编程逻辑器件在高速DDR SDRAM中的应用优势.docx

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1、可编程逻辑器件在高速DDRSDRAM中的应用优势I.引言DDRSDRAM的原理及特点:DDRSDRAM不需要提高班频率就能加倍提高SDRAM的速度，因为它允许在时钟脉冲的上升沿和下降沿读写数据。至于地址和控制信号，还是跟传统的SDRAM一样，在时钟的上升沿进行传输。DDR(Doub1eDataRateSDRAM),能够以相同频率SDRAM的两倍来传输数据，每个时钟周期传输两次数据，它在时钟信号的上升沿和下降沿传输数据。存储单元工作在相同的时钟频率下，但是内部总线加宽，从内部阵列到缓存之间的总线宽度是外部总线(buffer)到控制器)的两倍，使得缓存到控制器的数据传输率达到内部存储单元工作频率的

2、两倍。存储单元内部使用一个很宽但较慢的总线，但当数据传输到控制器时使用了一个较窄但是快速的总线。I/O口的控制电路对存储器的总体控制和时序具有极大的影响。在DDR的读取过程中，需要考虑的有两个主要类型的延迟。第一类的是连续的DRAM读操作之间的延迟。DDR不可能在进行完一个读取操作之后就立刻进行第两个读取操作，因为读取操作包括虫容凝的充电和放电另外还包括把信号传送出去的时间，所以在两个读取操作中间至少留出足够的时间进行这些方面的操作。第二种延迟类型是叫做内部读取延迟(inside-the-read)o这种延迟同同两次读取操作之间的延迟非常的相似，但是不是由停止/RAS和/CAS激活而产生的，而

3、是由于要激活/RAS和/CAS而产生的。比如，行存取时间(tRAC)它就是在你激活RAS和数据最终出现在数据总线之间的时间。同样的列存取时间(tCAC)就是激活/CAS引脚和数据最终出现在数据总线上之间的时间。DDRSDRAM控制器是一个可配置的，用户可以根据设计需要，灵活修改数据宽度、脉冲传输速率和CAS等待时间的设置。另外，DDR控制器还支持组块管理，这是通过维护一个所有组块均被激活以及每一组块行激活的功能来实现的。DDRSDRAM控制器通过这些信息决定是否需要一个激活命令或预充电命令。这有效缩短了DDRSDRAM接受读写命令的等待时间。I1控制器总体框图：图2中DAT&N、DATAOiJ

4、T分别是输入、输出数据信号，CMD信号为用户对DDRSDRAM进行的操作，可以支持NOP、WRrrEA、READAREFRESH.PRECHARGE,1oAD_MODE命令。CS_N为片选信号，RAS_N、CAS_N分别为SDRAM的行选通、列选通信号。C1KCM0|2qCMDACKREFRESHPRECHARGE1OAD_MODE命令。Contro1interface模块将Command信号和地址ADDR信号同时送到Commandinterface模块中，同时产生地址选通信号CA_N。Commandinterface模块接收来自COntrO1interface模块的译码的命令，对DDRSD幽

5、产生相应的操作，即上面的6种命令。Commandinterface模块里还包含一个简单的仲裁器，用于对COmmand和refresh要求的仲裁。refresh要求总是优先于任何一个CommarId。有16bits的refreshCoUnter寄存器用于自动refreshoDatapath模块提供DDR和userinterface之间的数据通路，通过对pathWidth配置，可支持16、32、64的数据宽度。bu型tIength可以配置成是2、4、8oDataPath模块的数据宽度是DDRSDRAM的两倍，在时钟的上下沿都对DDRSDRAM进行操作。同时DataPath模块产生DQS信号，即在写

6、操作的时候Datapath模块对写入DDRSDRAM的数据按照要求进行选通。如图中DataStrobe所示。Cotitro1interfaceMjVM-DatnnJou1DataPxth图3：DDR控制器内部控制模块此外，DDRSDRAM控制器还利用了FPGA内部的D11模块，给系统提供了2个时钟C1K和C1K2X,并且可以改善时钟性能，减少时钟抖动，改善了系统的性能。IV读写波形图4：读数据波形图图5：写数据波形图4、图5是用采用MCntormode1sim得到的仿真波形,是典型的读写波形，时钟频率为IooMHz。V系统实现及结论DDRSDRAM控制器在Xi1inX公司的XC2V1000FPGA上实现,综合后使用了798个逻辑单元，在数据宽度为64,系统时钟为IOOMhZ的工作环境下，最高可达到16Gbytess的速率。使用的DDRSDRAM是Toshiba的TC59WM803Bo本文给出了基于FPGA的DDRSDRAM控制器的设计。DDRSDRAM控制器是一个可配置的，用户可以根据设计需要，灵活修改数据宽度和CAS等待时间的设置。可广泛用于高速的D1)RSDRAM中，提高系统的性能。责任gt