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文档简介
SRAM、SDRAM、FIFO的控制器设计RAM随机存取存储器(RandomAccessMemory)“随机存取”指的是当存储器中的消息被读取或写入时,所需要的时间与这段信息所在的位置无关。相对的,读取或写入顺序访问(SequentialAccess)存储设备中的信息时,其所需要的时间与位置就会有关系(如磁带)RAM可以进一步分为静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)两大类。SRAM静态随机存存储器
(StaticRandomAccessMemory,SRAM)是随机存取存储器的一种。所谓的“静态”,是指这种存储器只要保持通电,里面储存的数据就可以恒常保持。相对之下,动态随机存储器(DRAM)里面所储存的数据就需要周期性地刷新。然而,当电力供应停止时,其内储存的数据还是会消失,这与在断电后还能储存资料的ROM或快闪存储器仍然是不同的。SRAM结构SRAM基本电路SRAM优点:读写速度快,不需要刷新缺点:面积大SRAM的时间参数tRC:readcycletAA:addresstodatavalidtOHA:dataholdfromaddresschangeSRAM的时间参数tPWE:WEpulsewidthtHZWE:WElowtoHIGH-ZtSD:datasetup-uptowriteendSRAM典型应用小波变换/逆变换SPIHT编码/解码DRAM动态随机存取存储器(DynamicRandomAccessMemory,DRAM)是一种半导体存储器,主要的作用原理是利用电容内储存电荷的多少来代表一个二进制位(bit)是1还是0。由于在现实中电容会有漏电的现象,导致电位差不足而使记忆消失,因此除非电容经常周期性地充电,否则无法确保记忆长存。由于这种需要定时刷新的特性,因此被称为“动态”存储器。相对来说,“静态”存储器(SRAM)只要存入数据后,纵使不刷新也不会遗失记忆。与SRAM相比,DRAM的优势在于结构简单——每一个位的数据都只需一个电容跟一个晶体管来处理,相比之下在SRAM上一个位通常需要六个晶体管。正因这缘故,DRAM拥有非常高的密度,单位体积的容量较高因此成本较低。但相反的,DRAM也有访问速度较慢,耗电量较大的缺点。DRAMSDRAM(single-rate)DDR(double-rate)SDRAM结构接口信号CLK:时钟DATA:数据位,IO类型ADDR:13位,行列地址复用。CKE:时钟使能CE:片选WE:写使能CAS:列地址RAS:行地址DQM:Mask信号,用于屏蔽读写中的某个数据。SDRAM结构SDRAM基本电路利用电容的电量来判断逻辑‘1’和逻辑‘0’。SDRAM基本电路从SDRAM基本电路可知,对其数据的读取是具有破坏性的,所以每次读都要进行数据的回写(预充电),而由于电容上的电荷会泄露,因此必须定时地给电容补充电荷(刷新)。SDRAM的操作INITIALIZATION(初始化)LOADMODEREGISTER(载入设置)ACTIVE(激活Bank和行)READ/WRITE(读/写)PRECHARGE(预充电/关闭bank和行)REFRESH(刷新)初始化
INITIALIZATION上电后100us/200us期间不允许操作。初始化的操作顺序:1. NOP2. PRECHARGE3. AUTOREFRESH*24. LOADMODEREGISTER载入设置
LOADMODEREGISTER需要设置的内容有:突发长度:1,2,4,8,full突发类型:sequential;interleaved读延迟(CASlatency):2;3(与器件型号和频率有关)写模式(长度):
1. ProgrammedBurstLength;
2. SingleLocationAccess(写)行激活
ACTIVE用于激活某一个bank某一行,只有激活之后,才可以对该行进行读写操作。给出激活命令时,同时给出Bank地址和Row地址。列读/写
READ/WRITE读和写是对某一行的操作。在读或写操作前已经Active(给出过行地址),所以读写时只需要给出列地址读(burst长度为4)tAC与CASLatency读(burst长度为4)行预充电
PRECHARGE用于关闭某个bank的某一行,对应于Active命令。在对其他行操作之前,必须先关闭当前行,即对当前行Precharge。给出命令的同时给出bank地址、行地址Precharge的实际意义:对该行进行数据的回写,弥补在对该行进行选通和操作的过程中损失掉的电荷。行预充电
PRECHARGE刷新
REFRESH原因:由于电荷泄露和读操作时对电荷的影响(每次读都要影响一行)。刷新要求:64ms内刷新8192次,集中刷新或间断刷新。每次刷新只刷新一行,不需给出行地址,由SDRAM内容的刷新计数器控制。Self-refresh:关闭除CKE外的所有端口,降低功耗。SDRAM控制器面向用户部分接口输入:Clk;resetn;Data_in[7:0];Addr_in[28:0];sdram_command[2:0];输出:Dout_out[7:0]Dout_v_out面向SDRAM接口SDRAM控制器SDRAM典型应用前端缓存地检设备需求特点:容量大,对读写的速度和效率要求不高。SRAM、SDRAM在FPGA设计中的作用:前端或后端缓存,为数据的处理和数据的输出做准备举例:CE3图像压缩系统中的输入缓存和输出缓存FIFO(FirstInFirstOut)结构:FIFO控制器+RAM分类:同步FIFO/异步FIFOFIFO使用上的选择:自己写的FIFO控制器+FPGA内部的DualRAM(占用逻辑资源较少)FPGA厂商的FIFO
IP(可靠,但占用逻辑资源较多)FPGA片外FIFO(节省FPGA资源)同步FIFOSynchronousFIFO:写和读使用的时钟为同一个时钟。核心:计数器。设计思路:1.设置一个计数器。计算从FIFO中写入、读出的数据的数量,并用它来表征FIFO的状态。2. 设置写指针和读指针,分别连接双端口RAM的两个addr端口。写指针和读指针总是指向下一个要操作的地址空间。同步FIFO计数器的状态:计数器增加:写(未满)、不读;计数器减少:读(未空)、不写;计数器不变:又读又写/不读不写,满写空读。FIFO的状态:空:不写&&(计数器为1且读||计数器为0)满:不读&&(计数器为max-1且写||计数器为max)异步FIFOAsynchronousFIFO:读和写使用两个不同的时钟。用途:异步时钟域的穿越。设计思想:因为有两个时钟域,所以不能直接用计数器来表示FIFO的状态,解决办法是比较读写指针。异步FIFO比较指针的问题:最开始时,FIFO是空的,读写指针都指向0地址空间。然后不读,一直写,知道写满,由于读写指针始终指的是即将操作的地址单元,所以FIFO满的时候,写指针又指向了0。即:读写指针相等的时候,FIFO或者满或者空,但是,到底是哪一个?异步FIFO一种方法是:为指针多添加一个冗余的bit位来区别这两种情况,当wr_pointer或者rd_pointer超过了FIFO的最大地址空间时,将冗余位(MSB)翻转。如果两个指针的冗余位相同,那么证明它们访问了同样数目的地址空间(FIFO空),如果不同,则表
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