基于FPGA的高速SDRAM控制器的視頻應(yīng)用

0 引言
SDRAM(同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器)是一種應(yīng)用廣泛的存儲(chǔ)器，具有容量大、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速度快、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，特別適合那些需要海量存儲(chǔ)器的應(yīng)用領(lǐng)域，例如視頻方面。
這里有一個(gè)視頻項(xiàng)目要求將非標(biāo)準(zhǔn)的ITU-R BT.656視頻格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成VGA格式，直接用于顯示器顯示。如圖1，輸入的視頻格式是非標(biāo)準(zhǔn)的ITU-R BT.656格式，圖像分辨率是1280×1024，幀速是15幀／秒，每一個(gè)像素點(diǎn)是24bit；輸出的視頻格式是VGA格式，圖像分辨率是1280× 1024，幀速是60幀／秒，每一個(gè)像素點(diǎn)還是24bit。

本項(xiàng)目使用SDRAM來(lái)存儲(chǔ)視頻數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)中，要求能夠?qū)⒁环暾膱D像(1280×1024×24bit)存儲(chǔ)在SDRAM中。并且要求讀寫(xiě)突發(fā)長(zhǎng)度是1280，即一行視頻數(shù)據(jù)(1280×24bit)。SDRAM突發(fā)長(zhǎng)度最高只能達(dá)到256(即SDRAM芯片的一列的長(zhǎng)度)，為此需要使用FPGA專(zhuān)門(mén)實(shí)現(xiàn)一個(gè)SDRAM控制器。在控制器的設(shè)計(jì)中通過(guò)采用切換bank操作、自動(dòng)預(yù)沖、集中刷新等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了這種超長(zhǎng)突發(fā)長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。同樣通過(guò)適當(dāng)?shù)匦薷拇?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/控制器">控制器，可以實(shí)現(xiàn)任意突發(fā)長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。

1 SDRAM基本特性
本設(shè)計(jì)中采用的SDRAM芯片的型號(hào)是MT48LC2M3282-7。SDRAM的主要操作包括初始化、讀寫(xiě)和刷新操作。SDRAM的初始化操作過(guò)程如下：上電后等待100 μs；然后依次完成預(yù)沖，兩次刷新操作；接下來(lái)就可以配置寄存器了。至此整個(gè)初始化工作結(jié)束，SDRAM進(jìn)入正常工作狀態(tài)。SDRAM進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，就可以根據(jù)命令來(lái)工作。這些命令包括：預(yù)沖(Precharge)和自動(dòng)預(yù)沖(AutoPrecharge)、激活(Active)、讀 (read)、寫(xiě)(write)、自動(dòng)刷新(Auto Refresh)和自刷新(Self Refresh)等。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要，這里詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)中相關(guān)的命令：自動(dòng)預(yù)沖、激活、讀寫(xiě)、自動(dòng)刷新。自動(dòng)預(yù)沖命令是SDRAM芯片在一次突發(fā)讀／寫(xiě)結(jié)束后自動(dòng)發(fā)出預(yù)沖命令，將讀寫(xiě)的行關(guān)閉。它與預(yù)沖命令有著相同的功能，但是發(fā)起命令的方式不一樣。預(yù)沖命令是SDRAM控制器發(fā)起的命令，它需要占據(jù) SDRAM的總線(xiàn)，在這段時(shí)間不能讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。而自動(dòng)預(yù)沖命令是SDRAM自動(dòng)的行為，不需要占據(jù)SDRAM的總線(xiàn)。這個(gè)命令是在發(fā)起讀寫(xiě)命令時(shí)設(shè)置的。
激活命令是對(duì)SDRAM的某一行激活，這樣才能對(duì)這一行數(shù)據(jù)發(fā)起讀寫(xiě)操作。讀寫(xiě)命令是對(duì)某一激活的行進(jìn)行突發(fā)讀寫(xiě)操作。具體的突發(fā)讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度在初始化時(shí)配置寄存器時(shí)設(shè)置了。