SDRAM之我见（转）

最近一个星期，用EP1C3T144C8这个FPGA嵌入NIOS2，研究了一下FLASH和SDRAM的驱动，最后终于是好用了，但中间遇到了不少曲折，现在就把我的一些经验分享给大家，希望大家以后在这方面不要走弯路。
首先，先提一个名词－－SOPC.任何一本关于FPGA嵌入式的书籍都会有的一个名词，翻译过来是“片上可编程系统”。也就是说我们在用FPGA作嵌入式的时候其实相当于自己根据自己的需要作一个处理器，这个处理器的内核就是NIOS2处理器，而外围可以根据自己的需要添加我们需要的任何外设，包括定时器，UART,IO,SPI接口等等。这些都是我们在用单片机和ARM时经常接触和使用的东西，所以以前用单片机和ARM的时候在使用SOPC的时候会觉得非常的熟悉。它的灵活性在于可以根据我们的需要任意搭配一个最节省的CPU，而且使用AVALON总线连接你的外设，不需要自己去搭建结构，但缺点在于它是一种软核，是用语言实现的一种硬件算法，所以比较占资源。具体的细节大家可以上网上去搜索。
搭建好了这个SOPC之后就可以用NIOS来实现我们想要的功能了。下面转入正题，用NIOS内部的SDRAM控制器，在SOPC里添加了这个项目之后，我们就可以狠方便的实现SDRAM的驱动了。因为控制器已经为你引出了SDRAM需要的连线，我们所作的工作只是需要把这些线连起来就可以了，下面简单的介绍一下这些引脚的功能。
CLK--时钟输入
CKE--内部刷新时钟控制端
CS--片选
BA1,0--BANK的选择
A0--A11--地址线，包括行地址与列地址
RAS--行地址选通
CAS--列地址选通
WE--写使能
LDQM,UDQM--字节与字控制端
DQ0--DQ15--数据端
看了这些控制线，大家应该感到狠痛苦了，确实SDRAM的控制确实狠复杂。但是NIOS里的控制器帮我们解决了这些问题，当我们正确的连好了这些线之后，我们就不需要去管它了，NIOS会帮我们处理好这些时序，也就是说我们要作的工作是：1 在SOPC里设计一个根我们用的SDRAM时序一样的控制器，这需要参考SDRAM的资料。2 正确地连接好NIOS与外部SDRAM的连线。3 也是最麻烦的一点，CLK的时序问题。下面着重介绍一下CLK的时序设置。
我们先看一下原理，FPGA里的NIOS2需要一个时钟，SDRAM需要一个时钟，那这两个时钟之间是什么关系呢？答案是很复杂。首先来讲这两个时钟都是PLL的输出，PLL里根据不同的FPGA有不同的选项，一般来讲，PLL的输出有C1,C0,E1,E0........,C就是说PLL经过内部的复杂逻辑的输出，所以它根原始的时钟输入之间是相位差的，E就是说直接时钟输出，它的相位差几乎位0，但是它需要特定的引脚。我们在设计的时候最好用E端作SDRAM的时钟输入，具体的原因看后面的解释。
SDRAM的特殊性决定了它的驱动的复杂性，想要完全明白它的所有时序的意义需要很长的时间积累，但是应用的话不需要那么多，所以下面简单介绍一下最关键的几个。
1 tsu--输入建立时间，SDRAM里的参数
2 ton--输出保持时间，SDRAM里的参数
3 tinsu--FPGA从引脚输入到内部逻辑的建立时间
4 toutco--FPGA内部逻辑到输出的建立时间
这是我们计算SDRAM的CLK所需要的几个最关键的参数，tsu意义是说当NIOS的地址线和数据线到达SDRAM时，需要保持这么长的时间，toh是说SDRAM在读取的时候，需要这么长的时间才能把输出值输出到总线上，设CLK为时钟信号，CLK1为SDRAM的时钟，CLK2为FPGA外部引脚的时钟，可以看出来，CLK2-CLK=toutco,关于CLK2与CLK1我们可以仿真得到他们之间的相差，所以我们要做到的是，1 CLK2-CLK1=tsu 2 CLK1-CLK2=(tinsu+ton) (以上的计算是相差的计算)，相差是正的话说明被减数在减数之后。 所以通过上边的公式可以确定CLK1的范围，所以在PLL里设置一下就可以让我们的SDRAM满足系统的要求了。关于为什么要用E0来作SDRAM的时钟的问题，首先我们每次编译的结果的时序都不一样，虽然变化部大，但在高频的时候部可忽视，而E0的相位与编译无关，其次，它的抖动比C端要小。现在我的系统跑在75M上，还可以，但感觉这种方法在高频中会有潜在的问题，以后我会进行相应的测试，然后告诉大家结果。
上边算是对SDRAM的一个小结。
下面对FLASH作一下解释，跟SDRAM一样，FLASH只需要连好相应线就可以。但在实际的应用中有一个小问题，就是说假如FLASH的总线是22位的，既21..0,NIOS会给你22..0,所以我们在连接的时候需要错一位，也就是说NIOS的1接FLASH的0，依次类推下去。但有的时候我们需要SDRAM和FLASH公用总线，这就存在一个问题，FLASH需要从1开始接，而ADRAM是从0开始，所以设计公用总线的时候，原理图上SDRAM的A1要接FLASH的A0，这点一定要注意，但发现ALTERA部推荐这么去设计，因为SDRAM需要自己的一套时序，共用的话会大大降低SDRAM的性能，在实际中也发现了这点，所以在资源部紧张的情况下还是部要复用。还有NIOS对AMD的FLASH支持的很好，其他的象SST的FLASH ,对以前的200，400，800系列支持的好，但之后的160，320，640就支持部好了，所以用NIOS的时候最好用AMD的FLASH.