Xilinx平台DDR3设计保姆式教程（3）MIG IP核使用教程及DDR读写时序

干货来了，用DDR搬砖，只需要会用IP就好，Xilinx官方YYDS！

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汇总篇：

Xilinx平台DDR3设计保姆式教程（汇总篇）——看这一篇就够了

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目录

一、MIG  IP核配置

二、端口信号定义

2.1全部端口的注释详解

 2.2端口信号分类

2.2.1使用DDR只需要设计这几个信号

2.2.2 IP核的输出信号

2.2.3 DDR读数据信号归类

2.2.4 DDR写数据信号归类

三、时序图

3.1 UI控制时序图

3.2写操作时序图

3.3读操作时序图

四、参考资料

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一、MIG  IP核配置

工具 ：VIVADO 2018.3

FPGA : XC7K325FFG900-2

DDR3 : MT41J256M16XX-125

• 配置时钟部分，建议详看第二篇《DDR各时钟频率分析》

（1）选中“MIG”进入配置界面

 （2）选择Create Design来创建设计

 ①选择Create Design来创建设计  

②自定义名字  

③选择1个控制器就好

④是否使用AXI4接口，为了简化理解，不勾选

（3）是否选择兼容其他器件（不需要，直接NEXT）

 （4）存储器选择，还用说吗，DDR3走起

 （5）重点来了，时钟配置、DDR选型

 ①Clock Period，即DDR芯片物理侧的IO时钟频率，称之为核心频率

②物理侧到控制器时钟的比例，可选4：1或2：1；决定了ui_clk的频率；

如图配置的话，ui_clk  =  800M /4 =200Mhz

③选择DDR3的类型，Components指的是DDR3的型号是元件类，笔记本那种的插条类是SODIMMs。

④选择DDR3的型号

⑤数据位宽，由DDR型号决定，但是当FPGA挂了多片DDR时，位宽相应增加；

（6）配置系统时钟

系统时钟输入，建议200M，后面参考时钟可以直接使用系统时钟。

 （7）参考时钟、复位

 ①系统时钟选择NO BUFFER，因为系统时钟为200M，所以参考时钟直接使用系统时钟就好。 参考时钟必须是200Mhz！

②复位是高电平有效还是低电平有效，笔者第一次玩DDR，仿真的时候初始化一直不成功，就是复位信号搞反了 = =||

③是否使用XADC，会输出器件的温度，如果其他模块要用XADC，那么这里就不使能。

（8）下一页，50欧电阻，根据硬件而定，不用管，直接NEXT

（9）新设计 or 管脚已固定？

如果硬件已经定了，那么就选下面管脚已固定，然后读取约束文件，设置管脚就好。

 ①管脚读取配置好了，点②确定再next进入下一页。

但是，我们这里只是为了讲解DDR应用，没有硬件，选第一种新设计模式。

（10）后面依次NEXT就好了，最后生成。

（11）IP核生成完毕，打开veo文件查看例化文件。

 （12）所有不会使用的IP，我们都打开Example Design来了解使用。

 IP核配置完成，读写测试下篇再讲，下面重点讲解各端口信号。

二、端口信号定义

        对于mig与DDR3的读写原理我们不需要了解太多，交给mig就可以了。我们需要做的是控制好用户接口，写出正确的用户逻辑，控制好读写时序。想要写好User logic,我们就必须清楚每一个用户控制接口的含义：

信号名称	信号方向	描述
app_addr	输入	地址总线， UI聚合外部SDRAM的所有地址字段，并提供平面地址空间（Rank,bank,row,colum）。 读写地址总线复用。 根据突发长度BL=8，所以地址每次+8；
app_en	输入	命令使能信号，为高时，app_cmd才有效
app_cmd	输入	命令信号： 3’b000 : 写命令 3’b001 ：读命令
app_wdf_data	输入	输入数据总线，表示需要写入的数据
app_wdf_wren	输入	写使能信号
app_wdf_end	输入	指示当前周期中app_wdf_data []总线上的数据是当前请求的最后一个数据。
app_wdf_mask	输入	1：屏蔽数据； 0：有效数据 每1bit对应一个输入数据字节；
app_wdf_rdy	输出	此输出表示写数据FIFO已准备好接收数据
app_rdy	输出	此输出表示DDR已准备好
app_rd_data	输出	读数据。
app_rd_data_valid	输出	输出有效信号
app_rd_data_end	输出	此输出表示当前周期中app_rd_data []总线上的数据是当前请求的最后一个数据。
ui_clk	输出	用户逻辑使用的时钟，取决于在GUI中选择的核心频率以及2：1或4：1模式；
ui_clk_sync_rst	输出	reset信号来自于UI，与ui_clk同步。
init_calib_complete	输出	表示DDR初始化完成，数据才能写入读出
app_ref_req	输入	置1时，此高电平有效输入请求内存控制器向DRAM发送刷新命令。 它必须在一个周期内进行脉冲以发出请求，直到app_ref_ack信号被置位以确认请求并指示它已被发送,然后置为无效。一般置0
app_ref_ack	输出	此高电平有效输入确认刷新请求，并指示该命令已从存储器控制器发送到PHY
app_zq_req	输入	置1时，此高电平有效输入请求存储器控制器向DRAM发送ZQ校准命令。 它必须在一个周期内进行脉冲以发出请求，直到app_zq_ack信号被置位以确认请求并指示它已被发送,然后取消置位。一般置0
app_zq_ack	输出	此高电平有效输入确认ZQ校准请求，并指示该命令已从存储器控制器发送到PHY。
app_sr_req	输入	保留功能信号，一般置0
app_sr_active	输出	保留功能响应，不用管

2.1全部端口的注释详解

 2.2端口信号分类

2.2.1使用DDR只需要设计这几个信号

1. app_cmd （你总要先确认你想要写还是想要读吧） 

操作命令，其实你只需要用到3'b000（写入）和3'b001（读出）

要和操作地址同时出现才有效。

      2. app_addr （往哪儿写，从哪儿读？） 

操作地址，按照结构从高位到低位是 rank + bank + row + column

     3. app_en （确认地址线上的地址有效，不能初始值都一直有效吧） 

操作地址app_addr的使能，只有它拉高的时候，对应的app_addr才是有效的

     4. app_wdf_data （要写的话，你得有料不是） 

写入的数据接口

     5. app_wdf_wren （那也不能什么料都往里倒不是）

写入的数据接口app_wdf_data的使能，

只有它拉高的时候，对应的app_wdf_data才是有效的

     6. app_wdf_end （要你作甚，一句app_wdf_end = app_wdf_wren 搞定）

理论上应该有点用，但是实际你只要让它跟app_wdf_wren一样就行了

emm...大神这段解释很传神，我直接copy过来了

2.2.2 IP核的输出信号

1. app_rdy （想要DDR帮你干活，也得让人家准备好了不是？）

 app_rdy表示UI已经准备好接收命令了，意思就是说必须要等app_rdy信号拉高了之后，app_en和app_cmd等才能开工干活= =

而且，这个不受你控制。等着吧

    2. app_wdf_rdy （想要往DDR写数据？不好意思，等我准备好了再说）

app_wdy_rdy信号表示写数据FIFO已经准备好接收数据了，数据在app_wdf_rdy = 1’b1且 app_wdf_wren = 1’b1时被写入。

同理，这个rdy不也受你控制。等着吧

    3. init_calib_complete（DDR读写不对？先检查初始化成功了没好吧）

init_calib_complete拉高表明DDR已经校准成功初始化完成了！

拿去搬砖吧！

    4. ui_clk（看好了，逻辑使用的时钟搁这输出呢）

在第二篇《DDR的时钟分析》里我们也讲过，ui_clk就是逻辑使用的时钟；由配置界面“Clock Period”与“4：1  /  2:1模式”确定的；如：核心频率为400M；选择了4：1模式，那么ui_clk = 400 / 4 =100 M；

记住，你的逻辑代码工作在ui_clk这个时钟域！

emm...模仿一下大神的语气

2.2.3 DDR读数据信号归类

  再来对DDR的信号规个类吧，哎，这写的真是罗里吧嗦= =

1. app_rdy
2. app_en
3. app_cmd
4. app_addr

在app_rdy为高 且 app_en 为高时，让app_cmd = 3’b001，同时我们给出读数据的地址app_addr，那么等段时间延迟后，我们就能读出想要的数据了：（结合后文时序图更容易理解）

1. app_rd_data
2. app_rd_data_valid

这就是我们读出的数据了。

2.2.4 DDR写数据信号归类

①前提条件

1. app_rdy
2. app_wdf_rdy
3. app_en

②地址和命令

1. app_cmd
2. app_addr

③写数据

1. app_wdf_wren
2. app_wdf_data
3. app_wdf_end

1. app_wdf_mask  ：一般不用，直接置0

        想要写数据到DDR？必须在①前提条件全部为高时，给出②地址和命令(app_cmd = 3’b000)，然后给出③写数据的信号，就成功写入数据到DDR了；

        注意：①②时序严格对齐！③相对①②可以提前1拍，或最多延迟2拍，但是最好跟①②对齐，不容易出错。（结合后文时序图更容易理解）

三、时序图

  玩接口嘛，大部分根据时序图来就是了，挺简单的

3.1 UI控制时序图

 如图所示：

 必须要app_rdy拉高时，你所给的（使能app_en、命令app_cmd、地址app_addr）才会被接受。

★app_rdy ：前提条件，不管是读还是写，都必须在app_rdy为高的时候进行操作。

3.2写操作时序图

 正如前文信号归类所说：

写入DDR必须在前提条件（app_rdy & app_wdf_rdy）全部为高时，给出地址和命令(app_cmd = 3’b000)，然后给出写数据的信号（使能与数据），就成功写入数据到DDR了；

注意：地址和命令必须时序严格对齐！写数据信号相对来说有三种情况：①严格对齐；②可以提前1拍；③最多延迟2拍；但是最好全部时序对齐，不容易出错。

3.3读操作时序图

         读操作就简单了，在前提条件app_rdy为高时，给出命令（app_cmd = 3’b001）与地址（app_addr）,等段时间延迟，数据就读出来了，以valid信号表示数据有效。

下一篇我们就开始用DDR来搬砖了，测试下读写，初步掌握使用~

四、参考资料

1. 《UG586》 官方文档不多说，YYDS！
2. 《Xilinx平台DDR3设计教程之仿真篇》 一系列文章，笔者就是看过后才初步熟悉了DDR3的使用，推荐给大家。