[转帖]DDR3的学习

invoke调用，scheme机制，

 1250ps--800MHZ, 1875ps--533.33MHZ

作者非常的幽默，关于DDR3共有下面几篇介绍。

来源：http://blog.chinaaet.com/detail/35142Xilinx/Avnet Spartan-6 LX16开发平台研究之路之屡败屡战

——By CrazyBingo，——20140228此作者也很幽默。

SPARTAN 6的MCB最快能跑到400MHz. 如果跟DDR3一起用的話, 能達到800MB/s的帶宽.

 

来源：spartan6_MCB使用详解，努力设置一个DDR3，希望可以在Spartan6平台上跑起来。加油！

http://wenku.baidu.com/link?url=QvRcBy-8KhlZM-xYJsBo1cMeZzcUimG7z6UvRcJ7lIEUK6a3DZNv1QL7Y8eF47FUcGxpsXg3GYlYFH9g5VHOMZsJKyj8WywsSeAXKvIV-iW

 

xilinx平台DDR3设计教程之仿真篇_中文版教程，来源如下：

 http://wenku.baidu.com/view/ac32c8bcf705cc1754270923.html 

xilinx平台DDR3设计教程之综合篇_中文版教程，来源如下：

http://wenku.baidu.com/view/2ffa1334783e0912a3162a26.html?from_page=view&from_mod=download

xilinx平台DDR3设计教程之设计篇_中文版教程3，来源如下：

http://wenku.baidu.com/view/e42b2ac8f90f76c660371a3c.html

xilinx平台DDR3设计教程之高富帅篇_中文版教程，来源如下：

http://wenku.baidu.com/link?url=7Uz2za6DSwD8EgPaSJ3n_Kw5-LyRMlqFXZvrSO0Pty66WFmkWXOZ8x7-A4ZBN5XJ5EB7fKp7KgqcvAmpKSgkn0X_hmGmA8Cx0_ugg5hy4ea

 DDR3时序分析与设计，来源如下：

http://wenku.baidu.com/link?url=oxhorRPGbVJqnVMrMfy-AVMJ_Clj_A63Y0YR9WCwOji50xGPhIOht8SUREct1wFhpDfSH4TzJFazQmhPgMz_Cg3rP97FN3yxhF3g1wTKGle

DDR3 SRAM存储器目标速率已达到1600Mbps，大大提高了传输带宽和传输效率。颗粒指bank，内存bank之间DQS与clk信号的时延偏差。

片上端接电阻ODT

基于FPGA的DDR3SDRAM控制器设计及实现，来源如下：

http://wenku.baidu.com/link?url=guDCfZ9JTj4FN79ostKNrekN4YDl1eiaI6HDi7m_0lFmNGJdmajkMSHdKt88DzWceiDTZlasvNL8pB--3enDac5H2oBCQWmSYS9HGVZF8yO

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来源：http://wenku.baidu.com/view/e42b2ac8f90f76c660371a3c.html

地址的算法，记得每个地址可以存64bit数据，若按字节运算还要除以8。

2^(rank+bank+row+column)。其中rank是DIMM的排列方式，可以单面排列也可以双面排列。

来源：http://blog.163.com/fpga_ip/blog/static/20444302420129161139165/

 

造成随机存取效率较低的原因主要有：1.同Bank行切换；2.同时打开的Bank数只能是4个；3.读写切换。

八.解决办法

1.将Xilinx的DDR3控制器的同时能打开的bank数改为8；

2.调整DDR3访问（读或写）的顺序，避免同Bank行切换以及读写切换。  

是的，当app_wdf_rdy为高时表示能够写入数据，反压信号的意思是当后面的逻辑处理不过来写入的数据时，通过一个信号告诉前面的逻辑，这个反压信号为1时，表示后面逻辑已经busy了，前面逻辑就要停止发送读写命令了。

DIMM全称是Dual-Inline-Memory-Modules,即双列直插式存储模块。这是在奔腾CPU推出后出现的新型内存条,DIMM提供了64位的数据通道。就是通常所说的内存条。

        如果用的是Xilinx的FPGA与DIMM对接，他们的MIG生成的DDR控制器中同时只能打开4个bank。如果需要打开第五个bank，控制器就会把前4个先关掉，这个过程也是比较浪费DIMM带宽的。而DDR控制器同时打开的bank数是可以通过参数修改的，建议通过改参数将同时打开bank数调整为8。

 

来源：http://bbs.eetop.cn/thread-378689-1-1.html

ISE14.x的MIG做DDR3控制器的讨论：

我记得ise的ip向导生成ddr3的ip核时，会让你选地址bank，数据bank，时钟bank，你先看看画原理图的人把地址引脚、数据引脚、时钟引脚分别给你放在了哪个bank里，生成的时候直接改进去。

你是手动 gvim example.ucf文件，并自己手动填写的吧；DDR3的引脚是有专用的高速逻辑区域的，你要在
生成过程中添加约束的时候，选择下面的那个选项；然后自己填写相应引脚名称就可以了。这样你会发现和你自己手动打开再去写，文件内容是不一样的。

指定了DDR3的 BANK 就固定了DDR3的相关引脚。 PCB要连对了才行。

 

来源：http://www.altera.com.cn/support/kdb/solutions/rd01112011_972.html

http://www.doc88.com/p-91390067599.html 采用外部存储器解决方案提高系统性能。

http://wenku.baidu.com/view/d5e126f69e31433239689395.html终极内存技术指南

http://wenku.baidu.com/view/acfdfed733d4b14e8524687f.html高手进阶,终极内存技术指南——完整    写得非常好。

Physical layer interface (PHY)物理层接口，AFI = Altera PHY interface，intellectual property (IP)[专利] 知识产权。

Bandwidth and speed 带宽和速度，Cost成本，Data storage size and capacity数据存储大小和容量，Latency延迟，Power consumption功耗。

DRAM动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory）是一种低带宽和低速度，低成本，高数据存储大小和高容量，高延迟，高功耗的存储器。

SRAM静态随机存储器（Static Random Access Memory）是一种高带宽和高速度，高成本，低数据存储大小和低容量，低延迟，低功耗的存储器。是一种常用的存储器，因为速度比容量更重要。

SDRAM同步动态随机存储器Synchronous Dynamic Random Access Memory。同步是指 Memory工作需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机是指数据不是线性依次存储，而是自由指定地址进行数据读写。

DDR3 SDRAM中DQS, DQSn, and DQ ports是双向的。读写操作共享地址端口。1.5V电压，深度从512MB到8GB，内部8块，允许块交叉访问，预取值是8，速度从300到1066MHZ。

ODT终端电阻，DQ  DQS   DQSn   DM信号线。CAS latency,   Burst length触发长度，Posted CAS:前置CAS

     物理Bank 也叫行（Rank），物理块（P-Bank）定义：内存总线的数据位宽与CPU数据总线的位宽相等，因此P-Bank的位宽是固定的。

     芯片组是由物理块组成的，其中物理块＝芯片位宽*芯片数量。

     物理块（P-Bank）-->逻辑块L-Bank（存储阵列）类似表格-->存储单元Word（用行、列进行寻址） 类似单元格。位宽的变化会引起存储单元的变化。

     若内存芯片的容量为128Mbit（M*W，其中M为芯片中存储单元总数，W为存储单元的容量即芯片的位宽），当DIMM采用2个P-Bank+16bit芯片设计，则只能容纳8颗芯片。此时，DIMM的容量是8*128Mbit=128MB。如果DIMM用2个P-Bank+4bit，则只能容纳32颗芯片。此时，DIMM的容量是32*128Mbit＝512MB。（1个P-Bank的固定位宽为64bit，则2个P-Bank的固定位宽为128bit。当芯片位宽为16bit时，芯片数量为8颗，当芯片位宽为4bit时，芯片数量为32颗），因此在芯片容量相同时，DIMM的容量肯定比不上采用低位宽芯片的模组，因为后者在一个P-Bank中可以容纳更多的芯片。

     SDRAM 的引脚包含电源和时钟引脚。针对2个P-Bank要有1个片选信号，确定物理块。针对SDRAM最多有4个L-Bank，因此要有2个地址信号用于L-Bank寻址，确定芯片。行/列寻址确定存储单元，在相同容量下，行数不变，只有列数会根据位宽的而变化，位宽越大，列数越少，因为所需的存储单元减少了。相同位宽数据总线引脚。

 128Mbit = 2M*4Banks*16bit。（8M*16）

 128Mbit = 4M*4Banks*8bit。（16M*8）

 128Mbit = 8M*4Banks*4bit。（32M*4）      

The 1Gb chip is organized as 16Mbit x 8 I/Os x 8 banks or 8Mbit x 16 I/Os x 8 bank devices

• DDR3 SDRAM x32
  • Micron MT41J64M16LA-15E DDR3 SDRAM 8MX16X8      两片DDR3就是32位 256MB
  • Two devices: 2 x16 width = x32
  • BTS DDR3 SDRAM GUI using Uniphy and high performance (HP) controller II

其中n取0，1，2，...

SDRAM 的内部基本操作与工作时序

1、芯片初始化：模式寄存器（MR，Mode Register）的设置，简称MRS（MR Set）（操作模式，CAS潜伏期CL，BT突发传输方式，突发长度BL）第10/68页。

2、行有效（L-Bank 有效）：在CS#、L-Bank 定址的同时，RAS（Row Address Strobe，行地址选通脉冲）也处于有效状态。此时An 地址线则发送具体的行地址。第11/68页。

3、列读写：WE#无效时是读取命令 ，有效时是写入命令。列寻址信号与读写命令是同时发出的。

时钟频率、tRCD、数据传输频率、CL间的关系是倍数。

4、 数据输出（读）

tRCD是行选通周期即RAS to CAS Delay（RAS 至CAS 延迟）。

CAS 潜伏期（CAS Latency）即CL：从CAS 与读取命令发出到第一笔数据输出的一段时间。只在读取时出现，也叫RL读取潜伏期。CL 的单位与tRCD 一样，为时钟周
期数，具体耗时由时钟频率决定。

tAC（AccessTime from CLK，时钟触发后的访问时间）。tAC 的单位是ns，对于不同的频率各有不同的明确规定，但必须要小于一个时钟周期，否则会因访问时过长而使效
率降低。

5、数据输入（写）：数据写入的操作也是在tRCD 之后进行，但此时没有了CL（记住，CL 只出现在读取操作中）。

写入/校正时间（tWR，Write Recovery Time），也称为写回（Write Back）。tWR 至少占用一个时钟周期或再多一点（时钟频率越高，tWR 占用周期越多）。

6、突发长BL

突发（Burst）是指在同一行中相邻的存储单元连续进行数据传输的方式，连续传输所涉及到存储单元（列）的数量就是突发长度（Burst Lengths，简称BL）。

只要指定起始列地址与突发长度，内存就会依次地自动对后面相应数量的存储单元进行读/写操作而不再需要控制器连续地提供列地址。这样，除了第一笔数据的传输需要若干个周
期（主要是之前的延迟，一般的是tRCD+CL）外，其后每个数据只需一个周期即可获得。

4QWORD是指BL=4，QWORD＝64bit。P-Bank-->L-Bank-->Row

突发读/突发写，表示读与写操作都是突发传输的，每次读/写操作持续BL 所设定的长度，这也是常规的设定。

突发读/单一写，表示读操作是突发传输，写操作则只是一个个单独进行。

突发传输模式代表着突发周期内所涉及到的存储单元的传输顺序。

顺序传输是指从起始单元开始顺序读取。假如BL=4，起始单元编号是n，顺序就是n、n+1、n+2、n+3。

交错传输就是打乱正常的顺序进行数据传输（比如第一个进行传输的单元是n，而第二个进行传输的单元是n+2 而不是n+1）。

7、预充电

由于SDRAM 的寻址具有独占性，所以在进行完读写操作后，如果要对同一L-Bank 的另一行进行寻址，就要将原来有效（工作）的行关闭，重新发送行/列
地址。L-Bank 关闭现有工作行，准备打开新行的操作就是预充电（Precharge）。 

在发出预充电命令之后，要经过一段时间才能允许发送RAS 行有效命令打开新的工作行，这个间隔被称为tRP（Precharge command Period，预充电有效周期）。和tRCD、CL 一样，tRP 的单位也是时钟周期数，具体值视时钟频率而定。

以内存最主要的操作——读取为例。tRCD 决定了行寻址（有效）至列寻址（读/写命令）之间的间隔，CL 决定了列寻址到数据进行真正被读取所花费的时间，tRP 则决定了相同L-Bank 中不同工作行转换的速度。

在单独的预充电命令中，A10 则控制着是对指定的L-Bank 还是所有的L-Bank（当有多个L-Bank 处于有效/活动状态时）进行预充电，前者需要提供L-Bank 的地址，后者只需将A10 信号置于高电平。

预充电可以通过命令控制，也可以通过辅助设定让芯片在每次读写操作之后自动进行预充电。

8、刷新：SDRAM需不断地进行刷新（Refresh）才能保留住数据。

 刷新操作与预充电中重写的操作一样，都是用S-AMP 先读再写。由于预充电是对一个或所有L-Bank 中的工作行操作，并且是不定期的，而刷新则是有固定的周期，依次对所有行进行操作，以保留那些久久没经历重写的存储体中的数据。但与所有L-Bank 预充电不同的是，这里的行是指所有L-Bank 中地址相同的行，而预充电中各L-Bank 中的工作行地址并不是一定是相同的。

刷新操作分为两种：自动刷新（Auto Refresh，简称AR）与自刷新（SelfRefresh，简称SR）。由于刷新是针对一行中的所有存储体进行，所以无需列寻址，或者说CAS 在RAS 之前有效。所以，AR 又称CBR（CAS Before RAS，列提前于行定位）式刷新。SR 则主要用于休眠模式低功耗状态下的数据保存。在SR 期间除了CKE 之外的所有外部信号都是无效的（无需外部提供刷新指令），只有重新使CKE 有效才能退出自刷新模式并进入正常操作状态。

9、数据掩码

在讲述读/写操作时，我们谈到了突发长度。如果BL=4，那么也就是说一次就传送4×64bit 的数据。但是，如果其中的第二笔数据是不需要的，怎么办？还都传输吗？为了屏蔽不需要的数据，人们采用了数据掩码（Data I/O Mask，简称DQM）技术。通过DQM，内存可以控制I/O 端口取消哪些输出或输入的数据。这里需要强调的是，在读取时，被屏蔽的数据仍然会从存储体传出，只是在“掩码逻辑单元”处被屏蔽。

SDRAM 官方规定，在读取时DQM 发出两个时钟周期后生效，而在写入时，DQM与写入命令一样是立即成效。

DDR SDRAM双倍数据流SDRAM（Double Data Rate SDRAM）

DLL=Delayed Locked Loop（延迟锁定环路）。DQS= DQ Strobe（数据选取脉冲）。

SDRAM 中L-Bank 存储单元的容量与芯片位宽相同，而DDR SDRAM 中L-Bank 存储单元的容量是芯片位宽的一倍。即芯片内部总线位宽＝2*芯片I/O总线位宽，也叫2位预取（2-bit Prefetch）。

DDR SDRAM 在MRS 之前还多了一EMRS 阶段（Extended Mode Register Set，扩展模式寄存器设置），这个扩展模式寄存器控制着DLL 的有效/禁止、输出驱动强度、QFC 有效/无效等。

1、 差分时钟：它是DDR 的一个必要设计，起到触发时钟校准的作用，用CK#去校准CK。

2、 数据选取脉冲（DQS）：它是DDR SDRAM 中的重要功能，它的功能主要用来在一个时钟周期内准确的区分出每个传输周期，并便于接收方准确接收数据。

DQS是双向的，在写入时它用来传送由北桥发来的DQS 信号，读取时，则由芯片生成DQS 向北桥发送。完全可以说，它就是数据的同步信号。在读取时，DQS 与数据信号同时生成。在写入时，芯片不再自己生成DQS，而以发送方传来的DQS 为基准，并相应延后一定的时间，在DQS 的中部为数据周期的选取分割点（在读取时分割点就是上下沿），从这里分隔开两个传输周期。这样做的好处是，由于各数据信号都会有一个逻辑电平保持周期，即使发送时不同步，在DQS 上下沿时都处于保持周期中，此时数据接收触发的准确性
无疑是最高的。

3、 写入延迟

在上面的DQS 写入时序图中，可以发现写入延迟已经不是0 了，在发出写入命令后，DQS 与写入数据要等一段时间才会送达。这个周期被称为DQS 相对于写入命令的延迟时间（tDQSS， WRITE Command to the first corresponding rising edge of DQS）。

               当CL=2.5 时，读后写的延迟将为tDQSS+0.5 个时钟周期（图中BL=2）

4、突发长度与写入掩码

在DDR SDRAM 中，突发长度只有2、4、8 三种选择，没有了随机存取的操作（突发长度为1）和全页式突发。

5、 延迟锁定回路（DLL）：它的作用是使内部时钟与外部时钟保持同步。有两种方法：时钟频率测量法（CFM）和时钟比较法（CC）

DLL 不同于主板上的PLL，它不涉及频率与电压转换，而是生成一个延迟量给内部时钟。

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