SDRAM控制器的设备与VHDL实现

文章摘要：SDRAM的基本写操作也需要控制线和地址线相配合地发出一系列命令来完成。先发出BANK激活命令（ACTIVE），并锁存相应的BANK地址（BA0、BA1给出）和行地址（A0～A12给出）。BANK激活命令后必须等待大于tRCD的时间后，发出写命令字。写命令可以立即写入，需写入数据依次送到DQ（数据线）上。在最后一个数据写入后延迟tWR时间。发出预充电命令，关闭已经激活的页。等待tRP时间后，可以展开下一次操作。写操作可以有突发写和非突发写两种。突发长度同读操作。 tRCD、tRP、tWR的具体要求，详见SDRAM厂家提供的数据手册。所等待的工作时钟个数由tRCD、tRP、tWR的最小值和工作时

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SDRAM的基本写操作也需要控制线和地址线相配合地发出一系列命令来完成。先发出BANK激活命令（ACTIVE），并锁存相应的BANK地址（BA0、BA1给出）和行地址（A0～A12给出）。BANK激活命令后必须等待大于tRCD的时间后，发出写命令字。写命令可以立即写入，需写入数据依次送到DQ（数据线）上。在最后一个数据写入后延迟tWR时间。发出预充电命令，关闭已经激活的页。等待tRP时间后，可以展开下一次操作。写操作可以有突发写和非突发写两种。突发长度同读操作。

tRCD、tRP、tWR的具体要求，详见SDRAM厂家提供的数据手册。所等待的工作时钟个数由tRCD、tRP、tWR的最小值和工作时钟周期共同决定。

由以上介绍可以得出，SDRAM的读、写操作均由一系列命令组成，因此读、写操作是有时钟损耗的，工作时钟速率不等于SDRAM能达到的读、写速率。但是由于SDRAM有突发读、写模式，也就是说可以读出和写入一串地址连续的数据，从而提高了效率。当突发长度为整页时，读、写速度达到最快。随机读、写速度的计算公式为：

furite/read=工作时钟频率（HzHzHhdkkdk ss dkkdkdkd,,,m,mddddd）×数据宽度（bytes）×突发读写长度/操作所需的时钟数

为了提高存储密度，SDRAM采用硅片电容存储信息。电容总会有漏电流流过，所以为了不使信息丢失，必须定期地给电容刷新充电。外部控制逻辑必须按要求定期向内存条发出刷新命令，保证在规定的时间内对每一个单元都进行刷新。

3 初始化操作

SDRAM在上电以后必须对其进行初始化操作，具体操作如下：

（1）系统在上电后要等待100～200μs。在待时间到了以后至少执行一条空操作或者指令禁止操作。

（2）对所有芯片执行PRECHARGE命令，完成预充电。

（3）向每组内存芯片发出两条AUTO REFRESH命令，使SDRAM芯片内部的刷新计数器可以进入正常运行状态。

（4）执行LOAD MODE REGISTER命令，完成对SDRAM工作模式的设定。

完成以上步骤后，SDRAM进入正常工作状态，等待控制器对其进行读、写和刷新等操作。

4 SDRAM控制器设计

4．1 功能说明

在以SDRAM作为缓存的系统中，使用可编程器件对其进行控制具有很强的灵活性。为了使设计具有模块化和可重复使用的优点，设计了一个简化的SDRAM接口电路。这样就屏蔽掉了SDRAM操作的复杂性，而其它逻辑模块可通过接口电路对SDRAM进行访问。此外，由于整个SDRAM控制器用VHDL语言编写，只要对其进行简单的修改就可以满足不同的需求，具有很强的灵活性。

参照图2，SDRAM控制器完成的主要功能是对CMD[2：0]的命令字和ADDR端的地址进行解析，产生相应的SDRAM的控制时序。

CLK为输入的工作时钟端口。

ADDR为输入地址端口。控制器将其解析为对应的片选、页以及行、列地址。以一条MIT16LSDT6464A内存条为例，其大小为512Mbyte(2 29 byte)。数据位宽为64bit（8byte），则地址线ADDR应为26根。可以这样映射地址：ADDR[25]对应内存芯片组号；ADDR[24：23]对应页号；ADDR[22：10]对应行号；ADDR[9：0]对应列号。

DATAIN为写入数据端口，64bit位宽。

DATAOUT为读出数据端口，64bit位宽。

RD_OE为读出数据使能端口，当其为1时，表示从下一个时钟起，数据将依次出现在DATAOUT口上。

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