FPGA SDRAM接口设计（一） 初窥门径

目录

SDRAM基本介绍及实验平台：

SDRAM简介：

SDRAM历史：

实验的SDRAM介绍：

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SDRAM基本介绍及实验平台：

SDRAM简介：

同步动态随机存取内存（synchronous dynamic random-access memory，简称SDRAM）是有一个同步接口的动态随机存取内存（DRAM），可以实现数据的存储和读取。这里主要注意的是同步、动态、随机。

同步：SDRAM有一个同步接口，在响应控制输入前会等待一个时钟信号，这样就能和计算机的系统总线同步。这个词在FPGA中经常遇到，体现了SDRAM必须遵守的时序要求，就是数据、命令在时钟上进行同步。

动态：RAM这中存储结构会掉电丢失，在上电的时候也会丢失。因为SDRAM内部存储的数据是二进制数据，非0则1。用来存储该二进制数据的电路是由电容构成的，由于电容这种器件会随着时间而慢慢放电，因此需要不断地去刷新里面的存储电路，以此来达到存储数据的功能。相较于SRAM的不需要刷新电路就能存储数据来说，在SDRAM多了一步刷新操作，但可以节约大量成本，因此选取器件需要从功能和成本等很多方面考虑。

随机：从字面意思可以看出，SDRAM是可以对内部地址随机地进行数据存取操作的。

SDRAM历史：

SDRAM从发展到现在已经经历了五代，分别是：第一代SDR SDRAM，第二代DDR SDRAM，第三代DDR2 SDRAM，第四代DDR3 SDRAM，第五代，DDR4 SDRAM。

第一代SDRAM采用单端（Single-Ended）时钟信号,第二代、第三代与第四代由于工作频率比较快，所以采用可降低干扰的差分时钟信号作为同步时钟。

SDR SDRAM的时钟频率就是数据存储的频率，第一代内存用时钟频率命名，如pc100，pc133则表明时钟信号为100或133MHz，数据读写速率也为100或133MHz。

之后的第二，三，四代DDR（Double Data Rate）内存则采用数据读写速率作为命名标准，并且在前面加上表示其DDR代数的符号，PC-即DDR，PC2=DDR2，PC3=DDR3。如PC2700是DDR333，其工作频率是333/2=166MHz，2700表示带宽为2.7G。

DDR的读写频率从DDR200到DDR400，DDR2从DDR2-400到DDR2-800，DDR3从DDR3-800到DDR3-1600。

很多人将SDRAM错误的理解为第一代也就是 SDR SDRAM，并且作为名词解释，皆属误导。

SDR不等于SDRAM。

实验的SDRAM介绍：

1.存储器架构

本实验使用的是ISSI公司的IS42S16400F或IC42S16400F型号的SDRAM芯片，写SDRAM接口前首先要了解一下这个SDRAM的系统架构以及总体概述。从网上可以下载到这个型号存储器的数据手册：

                                                             图1：IS42S16400F存储器架构

IS42S16400F存储器主要包括指令译码器、地址线、数据线、存储块、模式寄存器和动态电路控制。

（1）指令译码器

指令译码器中包括时钟信号（clk）和时钟使能（cke）以及控制指令信号（cs/ras/cas/we），控制指令信号通过译码后对存储器进行一系列控制动作。

（2）地址线

地址线包括16位行列地址线及2位块地址线，行列地址线是A0-A11，是复用总线，行列地址分时复用。块地址线ba0和ba1选取存储器的块ram。

（3）数据线

数据线为16位数据总线dq，为三态信号，是数据写入和读出的数据接口。

（4）存储块

IS42S16400F共有四个存储块，每个块都可以存储数据，可以通过ba0和ba1选取存储块。

（5）模式寄存器

模式寄存器是配置该SDRAM的工作模式，读写方式、突发长度等。

（6）动态电路控制

这几个模块主要包括行列地址的编码、自刷新定时和自刷新操作。

2.基本特点

（1）时钟频率：200,166，143MHz）
（2）完全同步，时钟上升沿输出数据
（3）3.3V供电
（4）可编程冲突长度（1,2,4,8，全页）
（5）每64ms刷新4096次
（6）可编程cas延时（2,3个时钟周期）（这里后边会讲）
（7）突发读写或单读写
（8）字节由LDQM和UDQM控制
（9）存储量1Mbit * 16bit * 4Bank = 64Mbit
存储深度：IS42S16400F有4个块，行地址12bit，列地址8bit。所以每个块有2^12 * 2^8 = 4096 * 256 = 1,048,576‬
存储宽度：每个存储单元16bit
存储容量：4 * 1,048,576‬ * 16 = 64Mbit

 

SDRAM基本介绍就到这里，线面将会对SDRAM内部具体功能进行介绍。
（附IS42S16400F芯片datasheet下载链接）：https://download.csdn.net/download/qq_33231534/12280053