基于Qsys的SDRAM控制器

1.Intel FPGA中SDRAM控制器IP示意图

• 相比LED/数码管等简单外设，SDRAM芯片配置显得复杂许多，当然可以自行编写状态机实现初始化和读写控制，但是为了加快开发速度，可以借助Intel提供的基于Qsys系统的SDRAM控制器IP并进行简单的设置来实现对外设SDRAM的读写操作。
  
• PLL phase shift：使得输入SDRAM控制器和外部SDRAM芯片的时钟有一定的相位偏移（需要看具体SDRAM的手册），满足时序要求。
• Avalon-MM Slave Port：通过在Qsys中配置NIOS CPU和SDRAM控制器连线完成对SDRAM的数据和命令写入。
  • address：地址线，在此处会把SDRAM的行列段地址映射成一种连续的地址形式；
  • data：数据线，宽度与SDRAM数据线位宽相同；
  • Control：读写信号；
  • waitrequest：请求等待，发送读请求或者写请求时，若该位为高则本次请求不会被处理；因为SDRAM的操作比较繁琐，包括刷新/预充电等，不同于片上的RAM/FIFO发送请求或者地址立刻出数据，也许片外SDRAM正在处于刷新状态，因此必须等待其处理完成自身的任务之后才可以处理FPGA发来的读写请求。
  • readdatavalid：当读取SDRAM芯片时，只有当本信号为高，读取的数据才是有效数据。
• interface to SDRAM pins：同外部SDRAM的引脚接口。

2.Qsys SDRAM配置

• Memory Profile
  
  根据所使用的SDRAM数据手册查询相关信息填入即可。通过检查左下角系统算出的SDRAM大小与实际器件大小是否相符来判断数据填入是否有误。
• Timing
  
  从上到下解释参数
• 初始化时需要刷新几个周期，可以查看SDRAM芯片数据手册。一般是要求大于等于2周期。
• 间隔多少us执行一次刷新的命令，比如某器件每32ms刷新一次，每次刷新一行，一共有11bit表示行数，因此总的刷新指令周期=32000/（2^11）=15.625us。值得注意的是，本页面下所有设置的时间都是以Qsys系统输入时钟周期为参考的，也就是说并不一定能够达到小数点后3位的精度，但是会提前执行刷新。
• 在上电后需要延时多久后执行初始化，查手册。
• 刷新指令持续时间（Trfc），指令周期，查手册，可以比手册的时间长一些。
• 预充电指令持续时间(Trp)，预充电周期，查手册。
• 行列延时(Trcd)，查手册，可以比手册的时间长一些。
• 访问时间(Tac)，查手册，根据上面的CAS的latency来选择参数。
• 写回周期（Twr），差手册，可以大于手册要求时间。

3.SDRAM配置复用

• 通过将上述设置信息保存产生.qprs配置文件，在软件安装路径下寻找到sopc_builder_ip/SDRAM_controller文件夹下的.qprs，将刚刚产生的配置信息复制粘贴到系统文件中即可在下次调用SDRAM IP时选中本次保存的配置信息。避免重复去查手册。