F7--DDR4的读写测试-2023-08-11

1.场景

        7系列的FPGA芯片不支持DDR4，使用DDR4需要更高性能的FPGA芯片，这里用到Kintex ultrascale+是支持DDR4的，具体FPGA芯片是XCKU3P-2FFVA676I，DDR4的颗粒为MT40A512M16LY- 075E时钟频率为750MHz-1333MHz，单颗容量为1GB，此处测试2个板贴DDR4颗粒，用到的还是MIG IP。与7系列MIG IP相比，IP的配置上有些许不同，但信号极其含义上基本一致。测试场景中，写入0-1000的数据，读出时计数，计数值与读出数据一致则认为没有错误，并用LED显示结果，没有错误的情况下，则认为读写测试通过。实际使用中，应该测试最大容量，最大速度的情况。对应工程连接    MIG的接口信号与DDR3基本一致，参见F1--DDR3的应用总结。需要注意IP核的复位信号DDR3的是低电平复位，DDR4是高电平复位。 

2.IP核配置

        第一页的配置如下图所示。其中，A处代表Mode and Interface：控制器的模式和接口选项，可以选择AXI4接口或者普通模式，并生成对应的PHY组件；B.DDR4IO上的时钟速率（周期），计算传输速率因为是DDR双沿传输要乘2。C.代表IO时钟与用户时钟的关系，选择4：1，代表用户时钟为250MHz，每1000ps要传输两个（DDR的原因）32bit（这里有两颗DDR4颗粒 16*2=32），而一个250MHz周期是4000ps，因此一个4000psDDR4有8次传输，这是为啥用户界面每次需读写8倍的数据宽度。这里两片DDR4要写32*8=256bit。D处选择参考时钟100MHz，这个具体看硬件设计，这里保持与硬件上的系统时钟一致。F处要选择对应的封装，颗粒就选component，G处选择相应的颗粒型号，如果列表中没有，就要在E处勾选，自己写好DDR4参数存到csv文件中进行导入，点击“here”会跳转到xilinx官网，下载响应模板，后文第二段介绍了其中部分参数的含义，供参考。I处会根据选择的不同时钟速率，实时调整，通常不需要配置，保持默认即可。I处clamshell topology当电路板的正面和反面都存在DDR4颗粒时（镜像对接），勾选此选项。选择此模式的原因是方便PCB布线（查看手册）。H处选择数据位宽，有颗粒物理位宽和数量决定，此处为16*2=32bit。首页中其他配置保持默认。

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第二页，MIG可以生成时钟供其他模块使用。后面的配置按照默认即可。

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3.测试结果

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4.自定义配置各字段含义

1. Part type：指内存条的形式，选Component即板贴颗粒的方式。
2. Part name：给新建配置起名字；
3. Rank，指的是DDR内存模块中的内存芯片组。每个Rank由一组内存芯片组成，它们在内存总线上共享同一个地址线。在DDR内存中，每个Rank可以被视为一个独立的逻辑单元，具有自己的存储容量和访问速度。在读取或写入数据时，内存控制器可以同时访问多个Rank，从而提高内存的带宽和性能。
4. StackHeight：DDR4的StackHeight指的是内存模块的堆叠高度，即内存芯片在垂直方向上的叠放数量。StackHeight为1和2表示了DDR4内存模块堆叠芯片的数量和布局方式；1时，表示内存模块的内存芯片只在一侧进行堆叠；2表示内存模块的内存芯片在两侧进行堆叠；
5. CA Mirror指"地址镜像"（Address Mirroring）技术。在DDR4内存中，每个DRAM芯片通常包含多个地址引脚，用于对内存地址进行编码和存储。地址镜像是指在DRAM芯片中重复使用地址引脚的技术，以便在减少引脚数量的同时，实现更高的内存容量。通常情况下，DDR4内存芯片包含两个地址引脚镜像，根据芯片制造商的设计，可以达到32个地址引脚的效果。这意味着采用地址镜像技术后，DRAM芯片可以存储更多的内存地址，从而实现更高的容量。DDR4 CA Mirror是指DDR4内存模块的命令/地址（Command/Address）引脚的布局方式。当DDR4 CA Mirror为0时，意味着命令和地址引脚的布局是非镜像的。而当DDR4 CA Mirror为1时，表示命令和地址引脚的布局是镜像的。在非镜像布局中，命令和地址引脚按照从左到右的顺序排列，符合标准的DDR4规范。这种布局通常用于大多数DDR4内存模块。而在镜像布局中，命令和地址引脚的顺序与非镜像布局相反，即从右到左的顺序排列。这种布局主要用于特定的DDR4内存模块，以满足特殊的设计要求或应用需求。
6. CS width：CS（Chip Select）宽度指的是内存模块中每个芯片选择信号的宽度，即每个芯片选择信号所占用的引脚数量。CS信号用于选择要进行读取或写入操作的内存芯片。
7. CKE width：CKE（Clock Enable）宽度指的是内存模块中时钟使能信号的宽度，即时钟使能信号所占用的引脚数量。CKE信号用于控制内存芯片的时钟输入。
8. ODT width：ODT（On-Die Termination）宽度指的是内存模块中内部终端电阻控制信号的宽度，即内部终端电阻控制信号所占用的引脚数量。ODT信号用于控制内存芯片的内部终端电阻，以匹配信号传输的阻抗。
9. CK width：CK（Clock）宽度指的是内存模块中时钟信号的宽度，即时钟信号所占用的引脚数量。
10. Memory speed grade：内存速度等级指的是内存模块的工作速度。它通常以数字表示，如DDR4-2400、DDR4-3200等，表示内存模块的最大数据传输速率。
11. Memory density：内存密度指的是内存模块的总容量，通常以GB（Gigabytes）为单位。
12. Component density：组件密度指的是每个内存芯片的容量，通常以Gb（Gigabits）为单位。
13. Memory device width：内存设备宽度指的是每个内存芯片的数据总线宽度，通常以位（bit）为单位。
14. Memory component width：内存组件宽度指的是每个内存芯片的数据总线宽度，通常以位（bit）为单位。
15. Data bits per strobe：每个数据脉冲的数据位数，表示内存模块数据传输效率。
16. IO Voltages：IO电压指的是内存模块的输入/输出电压
17. Data widths：数据宽度指的是内存模块支持的数据位数
18. Min period：最小周期，即内存模块支持的最小时钟周期。
19. Max period：最大周期，即内存模块支持的最大时钟周期。
20. tCKE：CKE信号的使能时间，表示CKE信号保持有效的时间。
21. tFAW：四个不同的bank之间的最小行激活时间。
22. tFAW_dlr：四个相邻bank之间的最小行激活时间。
23. tMRD：最小的读写命令之间的时间间隔。