基于EPM1240的SDRAM控制器的設(shè)計(jì)

摘要：SDRAM的讀寫(xiě)邏輯復(fù)雜，最高時(shí)鐘頻率達(dá)100 MHz以上，普通單片機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的SDRAM控制操作，復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD具有編程方便，集成度高，速度快，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。因此選用CPLD設(shè)計(jì)SDRAM接口控制模塊，簡(jiǎn)化主機(jī)對(duì)SDRAM的讀寫(xiě)控制。通過(guò)設(shè)計(jì)基于CPLD的SDRAM控制器接口，可以在STM系列、ARM系列、STC系列等單片機(jī)和DSP等微處理器的外部連接SDRAM，增加系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間。
關(guān)鍵詞：SDRAM；接口；Verilog；CPLD

數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)是現(xiàn)代信號(hào)處理的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、聲納、軟件無(wú)線電、瞬態(tài)信號(hào)測(cè)試等領(lǐng)域。隨著信息科學(xué)的飛速發(fā)展，人們面臨的信號(hào)處理任務(wù)越來(lái)越繁重，對(duì)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。近年來(lái)復(fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programable Logic Dev ice，CPLD)由于其設(shè)計(jì)靈活性、更強(qiáng)的適應(yīng)性及可重構(gòu)性，結(jié)合同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器(Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM)的高速、大容量、價(jià)格優(yōu)勢(shì)，在設(shè)計(jì)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)受到了廣泛的關(guān)注。SDRAM(同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器)具有價(jià)格低廉、密度高、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度快的優(yōu)點(diǎn)，從而成為數(shù)據(jù)緩存的首選存儲(chǔ)介質(zhì)。

1 SDRAM的基本操作
SDRAM稱(chēng)為同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，同步是指其時(shí)鐘頻率與CPU前端總線的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率相同，SDRAM可以使所有的輸入輸出信號(hào)保持與系統(tǒng)時(shí)鐘同步，并且內(nèi)部的命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn)；動(dòng)態(tài)是指存儲(chǔ)陣列需要不斷刷新來(lái)保證數(shù)據(jù)不丟失；隨機(jī)是指數(shù)據(jù)不是線性依次存儲(chǔ)，而是自由指定地址進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。由于SDRAM為了提高存儲(chǔ)容量，采用硅片電容來(lái)存儲(chǔ)信息，隨著時(shí)間的推移，必須給電容重新充電和刷新來(lái)保持電容里的數(shù)據(jù)信息。
在對(duì)SDRAM進(jìn)行存取數(shù)據(jù)操作之前，首先要對(duì)其初始化，即設(shè)置SDRAM的普通模式寄存器和擴(kuò)展模式寄存器，確定SDRAM的工作方式，這些設(shè)置包括突發(fā)長(zhǎng)度、突發(fā)類(lèi)型、CAS潛伏期和工作模式的設(shè)置。在SDRAM芯片內(nèi)部有一個(gè)邏輯控制單元，并且有一個(gè)模式寄存器為其提供控制參數(shù)。因此，每次開(kāi)機(jī)時(shí)SDRAM都要先對(duì)這個(gè)控制邏輯核心進(jìn)行初始化。初始化過(guò)程如圖1所示。

1．1 模式寄存器的設(shè)置
Mode Register Set：模式寄存器設(shè)置，是指對(duì)SDRAM的工作方式做一定義，對(duì)寄存器的設(shè)置，可以在每次系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，也可以在每次存取之間進(jìn)行，當(dāng)SDRAM掉電時(shí)，系統(tǒng)重新啟動(dòng)后必須重寫(xiě)模式寄存器。其空間安排如下表1所示：

Burst Length：決定當(dāng)接受到一個(gè)讀寫(xiě)信號(hào)時(shí)可以讀取的最大的列數(shù)目，對(duì)于連續(xù)讀取模式，其值可以為1，2，4，8或整頁(yè)(full page)，當(dāng)為隔行讀取模式是，其值為1，2，4，8。
Burst Type：決定讀取模式為連續(xù)方式還是隔行方式。
CAS Latency：決定當(dāng)一個(gè)讀信號(hào)有效到第一個(gè)數(shù)值在數(shù)據(jù)線上有效時(shí)之間的間隔延遲時(shí)間，延遲時(shí)間可以設(shè)定為1，2或3個(gè)時(shí)鐘周期。例如：如果延遲時(shí)間為m，讀信號(hào)在n時(shí)刻有效，那么數(shù)據(jù)將在第m+n個(gè)時(shí)鐘信號(hào)有效，如果相應(yīng)的讀取時(shí)間適合的話(huà)，而在m+n-1時(shí)刻數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)。
Operation Mode：A7-A8表示操作的模式。
Write Burst Mode：當(dāng)A9=0時(shí)，有A0-A2決定的Burst Length適合于讀和寫(xiě)兩種操作。而當(dāng)A9=1時(shí)，Write只能讀取單一的單元，而不能支持塊操作。
Reserved：A10，A11是保留位，為以后的擴(kuò)展使用。