多端口SDRAM控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　1.2 SDRAM 的基本讀寫操作

　　讀寫操作主要完成與SDRAM 的數(shù)據(jù)交換?？梢苑譃榉峭话l(fā)連續(xù)操作模式和突發(fā)連續(xù)操作模式, 非突發(fā)指的是傳送數(shù)據(jù)和地址必須是相對(duì)應(yīng)一個(gè)一個(gè)的傳輸, 突發(fā)模式則是地址控制信號(hào)只需要給出首地址信息, 而數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)連續(xù)傳輸過程, 突發(fā)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度可以為1, 2,4, 8 和全頁(yè)。

　　1.3 刷新操作

　　動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器都存在刷新問題。SDRAM 的刷新方式有自動(dòng)刷新和自主刷新, 這里主要采用自動(dòng)刷新方式, 每隔一段時(shí)間向SDRAM 發(fā)一條刷新命令。

　　2 基于FPGA 的多端口SDRAM 控制器設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)中選用的FPGA 是Altera 公司生產(chǎn)的CycloneII 系列中的EP2C35，選用的SDRAM 是ISSI 推出的64-MBIT 的IS42S16400B ，它是以1MWords X 16Bits X 4Banks 為組織結(jié)構(gòu)的同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，最高時(shí)鐘頻率可達(dá)143MHz[4]。

　　視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1 所示[5]：

　　SDRAM 作為幀緩沖器，它的上一級(jí)數(shù)據(jù)輸入是25MHz 的視頻數(shù)據(jù)采集模塊，所得到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理以后是每個(gè)像素點(diǎn)30 位數(shù)據(jù)，下一級(jí)是VGA 顯示器以25MHz 的時(shí)鐘進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，也要求是每個(gè)像素點(diǎn)30 位，而SDRAM 的數(shù)據(jù)寬度是16 位，因而每當(dāng)存入和讀取一個(gè)像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)時(shí)，各需要進(jìn)行兩次傳輸。本款芯片SDRAM 的工作頻率雖然可設(shè)置為100MHz ，但是如果不加緩存的話，就不能使用頁(yè)突發(fā)模式來有效利用帶寬，而且SDRAM 內(nèi)部其他操作也需要占用一定的時(shí)間，不能達(dá)到實(shí)時(shí)顯示的效果。本文在研究有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，利用FPGA 的片上資源開辟4 個(gè)FIFO 緩存，將SDRAM 的數(shù)據(jù)端口仿真成四個(gè)虛擬端口（兩個(gè)寫端口+兩個(gè)讀端口），每個(gè)端口的數(shù)據(jù)寬度都是16位，深度是兩頁(yè)SDRAM 的大小。且按照一致的規(guī)則將30 位采集和顯示的數(shù)據(jù)分成兩組與緩存進(jìn)行存取，相應(yīng)的，在SDRAM 上使用兩個(gè)Bank 來分別存取每組數(shù)據(jù)。控制器根據(jù)緩存FIFO 的狀態(tài)對(duì)SDRAM 發(fā)出讀寫請(qǐng)求，采用頁(yè)模式突發(fā)傳輸和Bank 切換的方式來匹配時(shí)序要求。

　　SDRAM 控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示：

　　各功能模塊描述如下：

　　2.1 多端口讀寫控制模塊

　　該模塊是與外設(shè)交換數(shù)據(jù)的接口，并且根據(jù)緩存FIFO 的狀態(tài)，自動(dòng)生成對(duì)SDRAM 的讀寫請(qǐng)求以及數(shù)據(jù)緩沖處理。它是本設(shè)計(jì)的核心。下面著重描述一下讀寫請(qǐng)求產(chǎn)生的設(shè)計(jì)過程和簡(jiǎn)要代碼。