SDRAM读写一字（上）
SDRAM读写一字
系统设计
SDRAM指令
指令 |
常量名 |
CKE |
CSn |
RAS |
CASn |
WEn |
备注 |
空操作 |
NOP |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|
行激活 |
ACTIVE |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
读操作 |
READ |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|
写操作 |
WRITE |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|
预充电 |
PR |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|
自刷新 |
AR |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
设置寄存器 |
LMR |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
突发停止 |
BURST_STOP |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
SDRAM初始化
SDRAM控制模块发送初始化使能信号，使能SDRAM初始化模块，然后进行初始化操作，初始化操作完成后，发出初始化完成信号到SDRAM控制模块，SDRAM控制模块进入下一步操作。
Init_start用于启动SDRAM初始化模块进行初始化，done_init用于反馈SDRAM初始化模块初始化完成。在SDRAM初始化的过程中，根据初始化的每一个步骤，进行输出指令和SDRAM_address信号。
初始化时序
初始化操作流程图
SDRAM初始化代码
该工程的时钟频率为20MHz
module sdram_init(
clk,
reset_n,
init_start,
init_done,
sdram_command,
sdram_address
);
//参数定义
parameter T200US = 12'd3999; //上电延迟200us
//端口定义
input clk; //时钟信号20MHz
input reset_n; //复位信号
input init_start; //初始化开始信号,高电平有效
output init_done; //初始化完成信号，输出，高电平有效
output [4:0] sdram_command; //cke、cs_n、ras、cas_n、we_n，SDRAM指令信号
output [13:0] sdram_address; //[13:12]BA , [11:0]Addr，SDRAM地址信号
//常量定义
parameter NOP = 5'b10111, //空操作
ACTIVE = 5'b10011, //行激活
READ = 5'b10101, //读操作
WRITE = 5'b10100, //写操作
PR = 5'b10010, //预充电
AR = 5'b10001, //自刷新
LMR = 5'b10000; //设置寄存器
parameter SET_MODE_REG = {4'd0, 1'b0, 2'd0, 3'b010, 1'b0, 3'b011};
//突发读写，潜伏期为2，顺序操作，突发长度为8
//寄存器定义
reg [11:0] time_cnt; //上电延迟计数寄存器
reg [4:0] sdram_command_reg; //SDRAM指令寄存器
reg [13:0] sdram_address_reg; //SDRAM地址信号寄存器,{bank,address}
reg init_done_reg; //初始化完成信号寄存器
reg [3:0] state_cnt; //状态机计数器,用于控制状态跳转
//*****************************************************************************
// 模块名称：SDRAM初始化模块
// 功能描述：在初始化开始控制信号的控制下进行初始化操作，操作完成后发出初始化完成信号
//*****************************************************************************
always @(posedge clk or negedge reset_n)
begin
if(reset_n == 1'b0)
begin
time_cnt <= #1 12'd0; //上电延迟计数寄存器清零
state_cnt <= #1 4'd0; //状态计数器初始化
init_done_reg <= #1 1'b0; //初始化完成寄存器清零
sdram_command_reg <= #1 NOP; //SDRAM指令寄存器初始化
sdram_address_reg <= #1 14'h3fff; //SDRAM地址信号寄存器进行置高
end
else
begin
if(init_start == 1'b1)
case (state_cnt)
4'd0://上电延迟200us
begin
if(time_cnt == T200US) //判断200us延迟是否结束
begin
state_cnt <= #1 state_cnt + 1'b1;
time_cnt <= #1 12'd0;
end
else
time_cnt <= #1 time_cnt + 1'b1;
end
4'd1://预充电操作
begin
sdram_command_reg <= #1 PR;
sdram_address_reg <= #1 14'h3fff;
state_cnt <= #1 state_cnt + 1'b1;
end
4'd2://空操作
begin
sdram_command_reg <= #1 NOP;
state_cnt <= #1 state_cnt + 1'b1;
end
4'd3://自动刷新
begin
sdram_command_reg <= #1 AR;
state_cnt <= #1 state_cnt + 1'b1;
end
4'd4,4'd5://空操作
begin
sdram_command_reg <= #1 NOP;
state_cnt <= #1 state_cnt + 1'b1;
end
4'd6://自动刷新
begin
sdram_command_reg <= #1 AR;
state_cnt <= #1 state_cnt + 1'b1;
end
4'd7,4'd8://空操作
begin
sdram_command_reg <= #1 NOP;
state_cnt <= #1 state_cnt + 1'b1;
end
4'd9://设置寄存器
begin
sdram_command_reg <= #1 LMR;
state_cnt <= #1 state_cnt + 1'b1;
sdram_address_reg <= #1 SET_MODE_REG;
end
4'd10,4'd11://空操作
begin
sdram_command_reg <= #1 NOP;
state_cnt <= #1 state_cnt + 1'b1;
end
4'd12://设置初始化完成信号
begin
init_done_reg <= #1 1'b1;
state_cnt <= #1 state_cnt + 1'b1;
end
4'd14://恢复初始化完成信号
begin
state_cnt <= #1 4'd0;
end
default://其他状态，恢复到初始状态
begin
state_cnt <= #1 4'd0;
sdram_command_reg <= #1 NOP;
end
endcase
end
end
//*****************************************************************************
assign init_done = init_done_reg;
assign sdram_command = sdram_command_reg;
assign sdram_address = sdram_address_reg;
endmodule
SDRAM读写模块
state_signal： 状态信号，用于控制对SDRAM进行读写和自刷新；
sdram_bank_addr：SDRAM最小单元地址，[21:20]块地址+[19:8]行地址Row+[7：0]列地址Column；
write_data： 写入SDRAM的数据；
rw_done_signal： 读写完成信号；
ar_done_signal： 自动刷新完成信号；
read_data： 从SDRAM读出的数据；
sdram_command：SDRAM指令，cke、cs_n、ras、cas_n、we_n，SDRAM指令信号；
sdram_address： SDRAM读写地址；
sdram_dqm： SDRAM数据掩码；
sdram_data： SDRAM读写数据；
state_signal有四种状态，分别为自刷新、读、写、空操作。Sdram读写控制模块根据state_signal的信号对SDRAM发出控制信息，同时接收数据和发送数据、地址。
当处于自刷新状态时，向SDRAM发送自刷新命令，自刷新完成后ar_done_signal信号有效，表明自刷新操作完成。
当处于读状态时，向SDRAM发送读数据命令、读取数据的地址sdram_bank_addr，读操作完成后rw_done_signal信号有效，表明读操作完成，这时可以从read_data读取从sdram读取的数据。
当处于写状态时，向SDRAM发送写数据命令，同时将写入的数据送往write_data，写入的地址送往sdram_bank_addr，写操作完成后rw_done_signal信号有效，表明写操作完成。
当处于空操作时向sdram发送NOP指令。
sdram_dqm为sdram的数据掩码信号，在对sdram进行读写操作时，其电平状态要与指令sdram_command相配合操作。
自刷新操作
存储体中电容的数据有效保存期上限是64ms，也就是说每一行刷新的循环周期是64ms。这样刷新速度就是：行数量/64ms 。我们在看内存规格时，经常会看到4096 Refresh Cycles/64ms 或8192 Refresh Cycles/64ms的标识，这里的4096与8192就代表这个芯片中每个L-Bank的行数。刷新命令一次对一行有效，发送间隔也是随总行数而变化，4096行时为15.625 μs。
由此每隔15us需要自刷新一次。
刷新操作采样简单的操作：
-
发送 AutoRefresh 命令，命 SDRAM 刷新内部逻辑的内容
-
相关操作需要消耗时间 tRFC-63ns
自刷新时序：
自刷新代码：
读操作
读操作过程
-
发送 Active 命令、行（ Row ）和库（ Bank ）地址。
-
满足时间要求 tRCD-20ns 。
-
发送 Read 命令、列（ Column ）和库（ Bank ）地址， DQM 拉低，拉高 A10 一个时钟，表示读操作后自动释放资源库（ With Auto Precharge ）。
-
满足 CAS Latency 时间要求
-
CAS Latency 满足之后，接下来满足时间要求 tAC-6ns 、 tRP-20ns ，然后读取数据。
读操作代码
写操作
操作过程
-
发送 Active 命令，发送库（ Bank ）和行（ Row ）地址信息。
-
满足 tRCD 时间要求，至少 20ns 。
-
发送 Write 命令、库（ Bank ）和列（ Column ）地址； A10 拉高代表 With Auto Precharge ；
-
同时写入的一字数据。这时候 DQM 必须拉低。
-
满足 tWR （ tDPL ）时间要求，至少 2 个时钟。
-
满足 tRP 时间要求，至少 20ns 。
-
经过时间 tWR （ tDPL ）以后，一字数据就成功被写入。随后 SDRAM 开始执行 Auto Precharge 的操作，释放当前相关的资源库。最后经过 tRP 以后（ Auto Precharge 的操作完成）
时序图
写操作代码
