基于串口控制SDRAM的读写操作

1.项目要求

功能要求：

1. 串口发送 数据和写指令给 FPGA 来控制 SDRAM 写操作。
2. 串口发送 读指令给 FPGA 来控制 SDRAM 读操作，并将数据返回到FPGA。

2外设选取

1. PC与FPGA通信需要哪种方式：原理：主要看速率比较，看他是否属于高速。uart、以太网…

串口

SDRAM

3外设如何实现功能（数据手册）

1. 通过数据手册看如何实现需要的功能。
2. 如果有多个操作可能 起冲突：可以引入仲裁模块：来判断优先执行那个操作、
3. 看时钟选取多大，相位：是否引入PLL 差分时钟
4. 看接口通信速率：是否速率不匹配 引入rdy、fifo

串口：实现发送、接收数据

功能分析

通过串口的协议分析：

FPGA根据协议，建立以上时序图，从串口助手连续接收 1字节数据。

串口助手根据，FPGA建立的时序，和协议比对，连续接收 1字节数据。

就可以实现串口发送接收数据功能。

时钟分析

可以选取50M 100M 。。。

通信速率分析

5208个时钟

SDRAM：读写数据功能

功能分析

通过SDRAM接口协议：需要完成 初始化操作、自刷新操作、写操作、读操作功能。才能通过SDRAM实现读写数据。

多时序冲突（引入仲裁模块）

每15.625us需要进行自刷新。由于2个时序操作可能有冲突所以我们需要引入仲裁模块：让不同时序操作不起冲突。

时钟选取

采取差分时钟 100M 100M相位180度，所以引入PLL模块

通信速率

100M，所以引入fifo后续讨论

4.接口模块设计

接口模块根据功能是否需要继续划分

1. uart模块：由于需要完成发送和接收模块所以分成

   串口发送模块:uart_rxd din:bit ; dout:byte

   串口接收模块:uart_txd din:byte ; dout:bit

2. SDRAM模块：需要完成初始化操作、自刷新操作、写操作、读操作功能、仲裁模块。

   初始化模块:sdram_init din:byte ; dout:byte

​ 自刷新模块 :sdram_arf din:byte ; dout:byte

​ 写操作模块:sdram_write din:byte ; dout:byte

​ 读操作模块:sdram_read din:byte ; dout:byte

​ 仲裁模块：sdram_ctrl din:byte ; dout:byte

接口是否涉及寄存器配置

1. 项目中有某些外设，上电工作前需要进行配置才能按要求工作。因此需要对外设内部寄存器进行读写，这一流程是通过FPGA来进行配置。
2. 使用MDY推荐的模块寄存器配置结构：寄存器配置表模块**+**寄存器读写模块+时序接口模块

SDRAM不需要进行配置

5.内部模块的划分步骤

译码模块（指令系统：操作码+数据格式）

1. 上位机，例如PC，ARM，DSP或者其他的器件，只涉及到一个接口，但是却有很多指令或者命令功能要发送，因此就需要一个指令系统。
2. 指令系统一定会涉及到命令、地址和数据。这种情况，肯定会有一个“寄存器解析模块”，根据命令、地址和数据，改变相应的寄存器的值。

因为需要对指令进行译码所以要添加

译码模块：op_code 产生读、写触发信号，输出数据

添加功能模块

功能基本都实现了

根据模块匹配原则添加模块

1. 模块与模块之间数据位宽是否匹配。一般添加 bit_byte衔接模块
2. 模块与模块之间通信速率是否匹配。要加上RDY信号或者FIFO，一般都是数据多次重复发送需要考虑rdy和FIFO
3. 考虑是否涉及多路进一路出，要用FIFO
4. 选择何种fifo：同步fifo （noraml 模式 show ahead模式） 异步fifo（noraml 模式 show ahead模式）输入、输出时钟

根据通信速率原则发现：

串口接收速率明显小于SDRAM（100M速率），所以采用

写FIFO模块：wr_fifo

先把数据存储起来，等到SDRAM需要数据再读取出来。

同理串口发射也是，需要

读FIFO模块：rd_fifo ，由于写时钟100M相位差180（后续文档讨论）读时钟（uart:50M）,所以用异步fifo。

FIFO先把sdram读出来的数据存起来再通过串口发送过去。

综上

wr_fifo: wr_clk:50M rd_clk:100M

rd_fifo: wr_clk:100M(相位差π) rd_clk:50M

6、模块框架

初始模块框架

模块优化设计

1. 架构相同或者类似用一个模块设计

wr_fifo 和 rd_fifo 可以用ctrl_fifo 模块

sdram_write 和 sdram_read 架构设计类似采用 sdram_wr_rd模块

7、项目细分

1.uart串口回环实验：串口发送256个数据给FPGA，存储到FIFO，存满及时返回256个数据 。代码设计、testbench、modelsim仿真

2.SDRAM的四个模块进行代码设计、testbench、modelsim仿真

3.整体项目实现:代码设计、testbench、modelsim仿真

8、自我答疑

代码已经功能实现，后续文档继续撰写。

9、学习总结

1. 本文是一个综合性小项目，可以学到很多知识。
2. 创作不易，认为文章有帮助的同学们可以关注、点赞、转发支持。
3. 欢迎大家在评论区进行评论，一起分享设计
4. 引用明德模块划分结构