利用FPGA解決TMS320C54K與SDRAM的接口問題

作者：時間：2012-01-20 來源：網(wǎng)絡(luò)

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　　在DSP應(yīng)用系統(tǒng)中，需要大量外擴(kuò)存儲器的情況經(jīng)常遇到。例如，在數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)中，為了將現(xiàn)場拍攝的諸多圖片或圖像暫存下來，需要將DSP處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到外存中以備后用。從目前的存儲器市場看，SDRAM由于其性能價格比的優(yōu)勢，而被DSP開發(fā)者所青睞。DSP與SDRAM直接接口是不可能的。FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)由于其具有使用靈活、執(zhí)行速度快、開發(fā)工具豐富的特點而越來越多地出現(xiàn)在現(xiàn)代電路設(shè)計中。本文用FPGA作為接口芯片，提供控制信號和定時信號，來實現(xiàn)DSP到SDRAM的數(shù)據(jù)存取。

1 SDRAM介紹

　　本文采用的SDRAM為TMS626812A，它內(nèi)部分為兩條，每條1M字節(jié)，數(shù)據(jù)寬度為8位，故存儲總?cè)萘繛?M字節(jié)。

所有輸入和輸出操作都是在時鐘CLK上升沿的作用下進(jìn)行的，刷新時鐘交替刷新內(nèi)部的兩條RAM。TMS626812A主要有六條控制命令，它們是：條激活/行地址入口、列地址入口/寫操作、列地址入口/讀操作、條無效、自動刷新、自行刷新。SDRAM與TMS320C54ｘ接口中用到的命令主要有： MRS、 DEAC、 ACTＶ、WRT－P、READ－P和REFR。這里，設(shè)計目的就是產(chǎn)生控制信號來滿足這些命令的時序要求。關(guān)于TMS626812A的具體說明可以查看其數(shù)據(jù)手冊。

2 SDRAM與TMS320C54ｘ之間的通用接口

　　DSP I/F代表TMS320C54ｘ端接口單元，SDRAM CNTL 代表SDRAM 端接口控制單元。SDRAM被設(shè)置成一次性讀寫128個字節(jié)，而DSP一次只讀寫一個字節(jié)，因而建立了兩個緩沖區(qū)B0、B1來緩存和中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。B0、B1大小都為128字節(jié)，而且映射到DSP中的同一地址空間。

盡管B0、B1對應(yīng)于同一地址空間，但對兩個緩沖區(qū)不能在同一時刻進(jìn)行合法訪問。實際上，當(dāng)B0被DSP訪問時，B1就被SDRAM訪問，反之也成立。若DSP向B1寫數(shù)據(jù)，SDRAM就從B0讀數(shù)據(jù)；而當(dāng)SDRAM的數(shù)據(jù)寫到B0中時，DSP就從B1讀數(shù)據(jù)。兩者同時從同一緩沖區(qū)讀或?qū)懚紝⒓ぐl(fā)錯誤。上邊所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移方式有兩種好處：一是加速了TMS320C54ｘ的訪問速度，二是解決了二者之間的時鐘不同步問題。

3 FPGA中的硬件設(shè)計

TMS320C54ｘ為外部存儲器的擴(kuò)展提供了下列信號CLK、CS、A0～A15、D0～D15、RW、MSTRB、ISTRB、IS而SDRAM接收下列信號CLK、CKE、CS、DＱM、W、RAS、CAS、A0～A11。由于兩端控制信號不同，需要在DSP與SDRAM之間加上控制邏輯，以便將從DSP過來的信號解釋成SDRAM能夠接收的信號。圖3是用FPGA設(shè)計的頂層硬件接口圖。

圖中主要有三個模塊：DSP－IO、DMA＿BUF和SD－CMD。其中DSP－IO是DSP端的接口，用來解碼TMS320C54ｘ發(fā)送的SDRAM地址和命令。DMA＿BUF代表緩沖區(qū)B0、B1。SD＿CMD模塊用來產(chǎn)生SDRAM訪問所需的各種信號。

DSP＿IO模塊又包括IO＿DMA、DSP＿BUF和DSP＿READ。IO＿DMA產(chǎn)生SDRAM的命令信號即圖3中的DSP＿RDＹ、DSP＿SD＿RW、DSP＿SD＿BANK＿SW、DSP＿SD＿ADDR20．．0、DSP＿SD＿ADDR＿RESET、DSP＿SD＿START。DSP＿BUF產(chǎn)生訪問B0、B1的地址、數(shù)據(jù)和控制信號，圖3中指DSP＿SD＿BUFCLKI、DSP＿SD＿BUFCLKO、DSP＿SD＿BUFWE、DSP＿SD＿BUFADDR6．．0、DSP＿SD＿BUFIN7．．0。DSP－READ子模塊用來控制DSP的讀寫方向。 DMA＿BUF分為B0、B1兩個緩沖區(qū)，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送每個緩沖區(qū)的輸入輸出信號包括CLKI、CLKO、WE、ADDR6－0、DATA＿IN7－0、DATA＿OUT7－0。BANK＿SW是一個開關(guān)信號用于DSP和SDRAM對B0、B1的切換訪問。

SD＿CMD模塊包括刷新、讀、寫功能。當(dāng)DSP芯片發(fā)出SDRAM讀命令時，128字節(jié)的數(shù)據(jù)從SDRAM中讀出來并被存儲到B0或B1中，當(dāng)DSP發(fā)出寫命令之時，128字節(jié)的數(shù)據(jù)傳到B0或B1之中并被最終寫到SDRAM中。

4 軟件設(shè)計

TMS626812A SDRAM有兩兆字節(jié)的存儲容量。所以DSP用兩個I/O地址向FPGA傳送訪問SDRAM的高低地址。此文中該兩個I/O地址對應(yīng)于圖4中的03ｈDMA＿ADDＨ和04ｈDMA＿ADDL。另外，還有一個I/O地址圖4中的05ｈ用來向FPGA傳送命令產(chǎn)生SDRAM訪問的信號。

DSP向SDRAM寫數(shù)據(jù)時的操作步驟如下：

1數(shù)據(jù)先被寫到B0或B1。

2SDRAM的訪問地址經(jīng)由DSP的I/O地址DMA＿ADDＨ和DMA＿ADDL發(fā)送到FPGA中。

3DSP向FPGA發(fā)出一個命令(I/O地址為DMA＿CTL)產(chǎn)生控制信號，使SDRAM從B0或B1中讀取數(shù)值。

DSP從SDRAM讀數(shù)據(jù)的操作步驟如下：

1DSP傳送訪問SDRAM的地址。

2DSP經(jīng)由FPGA傳送一個命令，使得數(shù)據(jù)從SDRAM中讀到FPGA中。

3DSP從B0或B1中讀得數(shù)據(jù)。

具體設(shè)計時，應(yīng)參考相關(guān)資料進(jìn)行補充。不同的DSP與不同類型的SDRAM接口時，會有細(xì)微的區(qū)別，電路設(shè)計完畢后要進(jìn)行認(rèn)真而多方面的測試。