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浅谈FPGA技术(四)

  昨天的文章中,我们聊了图像处理中常用的3x3窗处理,给出RTL设计过程和modelsim功能验证waveform,今天我们聊一聊一种在工作中很常用的存储器件,SDRAM。
  SDRAM是什么
  SDRAM是指同步动态随机存储器,同步是指 Memory工作需要同步时钟,内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准;动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失;随机是指数据不是线性依次存储,而是自由指定地址进行数据读写。
  SDRAM要不断的刷新才能保存数据,因此对SDRAM的刷新是SDRAM操作的重点。
  一般电容保存数据的时间为64ms,因此每一行的刷新周期应该保存在64ms。
  SDRAM一般是多bank结构,比如一个SDRAM由2个bank组成,其中一个bank进行预充电期间,另外一个可以往外读出数据,这样循环往复,可以大大提高SDRAM的读取速度。
  SDRAM的引脚分类
  SDRAM器件的引脚分为以下几类。 控制信号:包括片选、时钟、时钟使能、行列地址选择、读写有效及数据有效。地址信号:根据行列地址选择引脚,控制输入的地址为行地址或列地址。数据信号:双向引脚,数据有效控制。SDRAM的状态以及支持的操作命令
  SDRAM状态在内部状态间转移。内部状态包括模式寄存器设置状态、激活状态、预充状态、写状态、读状态、预充读状态、预充写状态、自动刷新状态及自我刷新状态。
  SDRAM支持的操作命令有初始化配置、预充电、行激活、读操作、写操作、自动刷新、自刷新等。所有的操作命令通过控制线CS#、RAS#、CAS#、WE#和地址线输入。 SDRAM状态时序图
  下面给出SDRAM的初始化、自动刷新、模式寄存器配置、写和读时序图。
  图一 SDRAM初始化时序
  延时参数说明:tRCD 行寻址与列寻址之间的间隔。tDPL 在写入时最后一个写入的有效数据与预充电命令的间隔时间。在编程中这个延时也可以有一个状态的跳变来完成。tRP 预充电命令到行有效命令之间的间隔。在编程中这个间隔可由预充电状态跳转到空闲状态,再跳转到行有效状态来实现,不需要单独的延时。tRC自动刷新到行有效命令之间的间隔。自动刷新命令执行之后等待3个时钟周期即可回到空闲状态,在空闲状态执行行有效命令,可保证自动刷新命令和行有效命令之间的间隔至少为4个时钟周期。读出数据时最后一个数据读出与预充电命令之间不需要间隔,其实预充电命令在数据潜伏期为2时可以提前最后一个数据输出时一个时钟输出,在这里只是使用在最后一个数据输出后发出预充电命令。
  图二 SDRAM自动刷新时序
  图三 SDRAM模式寄存器配置时序
  图四 SDRAM写时序
  图五 SDRAM读时序SDRAM读写过程
  因为读写操作类似,这里只给出读操作过程。地址总线传输行地址到地址引脚。激活/RAS引脚,传送到行地址。行地址解码器根据接收到的数据选择相应的行。/WE引脚不被激活,不进行写入操作。通过地址总线传输列地址到地址引脚。激活/CAS引脚,传送列地址。/CAS引脚具有/OE引脚的功能,所以Dout引脚需要向外输出数据。/RAS和/CAS都不被激活,进行下一个周期的数据操作。
  小结
  SDRAM能保持其内存储电荷的时间很短,所以需要在电荷消失之前,就进行刷新,直到下次写入数据,或者计算机断电才停止。每次读写操作都能刷新DRAM内的电荷,所以我们一般将SDRAM设计为有规律读取DRAM内的数据的存储设备。
  SDRAM的内容比较琐碎且多,有的部分不太好理解,只有好好理解上面给出的各个状态的时序图,再加以实践,才能较好地理解这部分内容。

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