Altera提供的sdram+ip+core应用小节.doc

Altera提供的sdram ip core应用小节1.SDRAM是一种高速高容量同步动态存储器。其原理介绍参考sdram原理和时序.pdf2.SDRAM时序控制SDRAM的正常操作包括：初始化(initialize)，寄存器定义（register definition），激活（active），读（read），写（write），预充电（precharge）,自动预充电（auto precharge），自发停止命令（Burst Terminate），自动刷新（auto refresh），自我刷新（self refresh），空操作（NOP）。2.1初始化(initialize)SDRAM上电后必须按一种确定的方式初始化。一旦SDRAM上的电压加至Vdd并且时钟稳定后，SDRAM需要有100us的时间不接受除NOP以外的任何命令。当100us过后，应该对SDRAM发出预充电（precharge）命令，使得SDRAM所有bank预充电，这样bank都进入idle状态。之后，要使SDRAM连续执行两个auto refresh 周期。当这两个周期完毕之后，就可以对SDRAM的模式寄存器（mode regester）进行操作。2.2寄存器定义（register definition）模式寄存器（mode regester）用来决定SDRAM用何种工作模式工作。模式寄存器（mode regester）定义了 ：何种读写模式（burst 或 fullpage），burst长度（burst length），CAS延时。从下图看出，模式寄存器（mode regester）的M0-M2位定义了burst长度，M3定义了burst的类型（连续的或交叉存取的），M4-M6位定义了CAS延时。M7和M8定义工作模式。M9定义写burst模式。00000000000010001001112.3 激活命令（active） reada,writea激活命令用来打开某一特定bank的一row，BA0和BA1上的值选择了某个bank，地址线A0-A11的值对应着某一row。被激活的row在未接到precharge命令之前会保持原状态。如果需要切换bank地址进行操作，就必须在两个命令之间插入precharge命令。2.4 读（read）和写（whrit）操作读命令是在激活的一row上开始一个burst或fullpage读或写操作。BA 0 BA1上的值选择了bank，A0-A9 (x4), A0-A8 (x8), or A0-A7 (x16)选择了起始column地址。A10的值决定了是否选择autoprecharge模式。在模式寄存器中已经设置了读或写的工作方式。2.5 预充电（precharge）预充电命令用来使激活的row关闭。A10决定是只关闭一个bank或着全部的bank。在切换地址时，如果需要有bank的变动，需要在读写之前插入precharge命令。2.6 自动预充电（auto precharge） fullpage mode不支持autoprecharge,A10=0A10为1时， 除了在 burst工作模式下，在读或写结束后都会进行一次自动预充电。2.7自发停止命令（Burst Terminate）自发停止命令用于在一个连续的读或写命令中插入，提前结束这一串的数据的读或写。2.7 自动刷新（auto refresh）和自我刷新（self refresh）每过15.6us就refresh一次1行 一共212 故15.6us409664ms为保持SDRAM上的数据不丢失，必须定时刷新，刷新计数器决定了刷新的时间间隔，刷新计数器要保证每个单元都能按一定周期刷新。SDRAM提供两种类型的刷新模式：自动刷新和自我刷新。自动刷新在正常操作中进行，但不持久，因此需要定时进行刷新，这样就会占用系统资源，降低系统性能。而自刷新模式无需系统时钟就能保持数据不丢失。两种模式相比，自动刷新实现较为简单，而自刷新功耗更小。2.8 SDRAM操作指令指令对应于RAS_N,CAS_N,WE_N接口部件控制命令表3 ALTERA提供的通用SDRAM控制器的结构这是总体示意图，左边是用户操作端，右边则与SDRAM相连。该通用控制器由3部分组成，分别是：commend，control_interface，str_data_path。主要功能是将外部提供的read write precharge等命令转化为SDRAM理解的RAS_N，CAS_N，WE_N指令。1：control_interface功能：从CMD2：0接收外部指令，ADDR21：0接受地址，REF_ACK接收refresh的反馈信号。CM_ACK接收命令结束信号反馈。本模块将CMD编码信号转化为逐个的单个信号，将lode mode中的控制信息也存入寄存器。再传给下一级commend模块。2：commend功能:将上一级control_interface模块初步翻译过的单个控制命令翻译成RAS_N，CAS_N，WE_N组合的指令。并且将控制信息中的延时信息体现出来。OE是用来使能str_data_path模块中数据是否可以出现在数据线上的。只有当写有效时才会令其使能。特别指出的是如果外部输入的控制命令是read/write，则本模块将此命令转化为两步，先输出一个 RAS_N，CAS_N，WE_N组合的active 命令，再输出一个RAS_N，CAS_N，WE_N组合的 read/write命令。3：str_data_path功能：控制有效数据出现在数据线上，有OE提供使能。外部数据由此进入，SDRAM的数据也由此读出。该通用控制器具有极大的开放性，即没有归定死某个读写流程。但需要在外部加一个适合应用环境的状态控制模块来配合使用。该控制模块可以有使用者自由设计，只要读写时序正确，就可以正常使用SDRAM。相对于一些专用的控制器而言，其开放性还体现在模式控制的重新设定。比如在fullpage和burst方式间的切换，只要在100us的NOP命令之后重新做一次初始化命令即可。4 功能时序操作FULLPAGE 方式下SDRAM控制步骤：一 初始化：对SDRAM IP左端依次输入 10个clk的 nop命令（CMD=3b000），10个clk的precharge命令（CMD=3b100），20个clk的refresh命令，10个clk的precharge命令（CMD=3b011）。接下来写控制字：1 装载SDRAM模式寄存器-确定控制信息 CMD=3b101; ADDR=ASIZEb0000000000001000100111;2 装载REG2-选择fresh周期 CMD=3b111; ADDR=1000;3 装载REG1-确定控制信息 CMD=3b110; ADDR=ASIZEb0000000000000101111100;3者之间相隔10个CLK即可；二 写操作再执行完上述操作后，输入如下命令：CMD=3b010;-输入写命令ADDR=22b0000000000000000000000;-输入写地址执行写命令时我们设定一个计数器counter。在计数器counter=0时发出写命令，则在counter=5时写的数据是第一个有效数据，是可以读出来的。接着从5到260 共256个数据均为有效写数据。在第一个写有效信号发出后，要把发出NOP命令CMD=3b000。在数据接受完之前，counter=259时发出precharge命令CMD=3b100。维持prcharge的时间要延续 7个clk。二 读操作输入如下命令并启用计数器counter：CMD=3b001;-输入读命令ADDR=22b00000000000000000000000;-输入读地址在计数器counter=0时发出读命令，并发出地址信号，保持5个相同输出。8时读到第一个有效数据。在counter=5时CMD=3b000发出nop命令。这时都有数据读出。263时读出最后一个数据。但是必须在计数器counter=259时发出precharge命令。Fullpage模式下注意事项：1.refresh操作，full page的refresh的命令要靠你自己来发，这确实是一个英明的决策，因为只有把这个控制权交给你，你才会在既保证数据不会丢失的情况下，也能保证刷新的完成，给出refresh命令以后必须要注意一点就是后面必须给出一段空操作的延时，或者是读操作，要不然数据就会丢哦！2.关于precharge 和burst terminate 有一个小小的分歧。结束full page 读写操作用的是precharge的命令，如果在没有给出正确的refresh操作情况下， 其实实际中解析出来的却是burst terminate的波形，要再发一次precharge 才能真正的产生precharge 的波形。在refresh操作正确的情况下可产生正确的precharge波形。3.如果验证是不是读写正常，最好是一次大量写入很多的数据，然后再一次读出很多行，这样才能找到问题，如果是写一行就读出来，可能不容易发现问题的，就像上面提到的刷新，很可能会被写一行读一行的操作给掩盖掉！BURST8方式下SDRAM控制步骤：一 初始化：对SDRAM IP左端依次输入 10个clk的 nop命令（CMD=3b000），10个clk的precharge命令（CMD=3b100），20个clk的refresh命令（CMD=3b011），10个clk的precharge命令。接下来写控制字：1 装载SDRAM模式寄存器-确定控制信息 CMD=3b101; ADDR=ASIZEb0000000000000000110011;2 装载REG2-选择fresh周期 CMD=3b111; ADDR=1000;3 装载REG1-确定控制信息 CMD=3b110; ADDR=ASIZEb0000000001000001111111;3者之间相隔10个CLK即可；二 写操作再执行完上述操作后，输入如下命令：CMD=3b010;-输入写命令ADDR=22b0000000000000000000000;-输入写地址执行写命令时我们设定一个计数器counter。在计数器counter=0时发出写命令，则在counter=5时写的数据是第一个有效数据，是可以读出来的。接着从5到32 共8个数据均为有效写数据。在第一个写有效信号发出后，要把发出NOP命令CMD=3b000。在数据接受完之前，counter=31时发出precharge命令CMD=3b100。维持prcharge的时间要延续 7个clk。二 读操作输入如下命令并启用计数器counter：CMD=3b010;-输入写命令ADDR=22b00000000000000000000000;-输入写地址在计数器counter=0时发出写命令，并发出地址信号，保持5个相同输出。8时读到第一个有效数据。在counter=5时CMD=3b000发出nop命令。这时都有数据读出。263时读出最后一个数据。但是必须在计数器counter=10时发出precharge命令。注：write read命令发出后要发出nop命令（否则读出的数据是写数据的最后几位）。Precharg的时间点要恰好（影响到最后几位的数据正常写入读出）。Precharg的时间要够长（不够长的话，bank不能正常关闭，下一次读写虽然换了地址，但是还是会读写上一次的地址）。另外：1.CAS是行地址有效时的延迟，RAS是列地址有效时的延迟，BURST LENGTH(1,2,4,5 and full page