SDRAM接口的VHDL设计

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:724

作者：清华大学电子工程系(100084) 沙燕萍曾烈光来源：《电子技术应用》

sdram接口的vhdl设计

摘要： sdram以其高速和大容量的优点获得了极大的应用，但是其接口与目前广泛应用的微处理器系统不兼容，介绍了用vhdl语言实现的sdram与ram之间的接口控制电路，从而将sdram应用到微处理器系统中。

关键词： ram sdram vhdl 微处理器

ram（随机存取存储器　是一种在电子系统中应用广泛的器件，通常用于数据和程序的缓存。随着半导体工业的发展，ram获得了飞速的发展，从ram、dram(dynamic ram，即动态ram)发展到sdram(synchronous dynamic ram，即同步动态ram)，ram的容量越来越大、速度越来越高，可以说存储器的容量和速度已经成为半导体工业水平的标志。

１任务背景

sdram具有大容量和高速的优点，目前其存取速度可以达到100～133mhz，单片容量可以达到64mbit或更高，因此在需要高速、大容量存储器的系统中得到广泛应用，如应用在目前的计算机内存中。但是sdram的控制比较复杂，其接口不能直接与目前广泛应用的普通微处理器例如mcs-51系列、motorola 68000系列　连接，这样就限制了sdram在微处理器系统中的应用。

我们的任务是设计一个通用微处理器，它要具有语音、数据、图像等多种处理功能，并具有rs232、usb等多种接口，另外由于多个通道的数据都需要进行缓存和处理，因此高速大容量的缓存是此系统必须的，所以选用了sdram作为缓存器件。来自多个输入通道的数据在采集后需要暂时存储在sdram中，处理后的数据也需要存储在sdram中，再输出到输出通道中。在sdram与多个输入输出通道之间，采用多个双口ram作为接口器件。输入通道采集的数据首先存储在双口ram中，采集满后，通过若干条指令将ram中的数据转移到sdram中的一定位置中，将sdram中的数据转移到ram中也只需要若干条指令来完成。这样通过几条指令来设置ram起始地址、sdram起始地址、传送数据长度、传送数据方向之后，sdram与ram之间数据传送就完全可以通过硬件实现，不必占用微处理器的指令时间。

２ sdram简介

sdram具有多种工作模式，内部操作是一个非常复杂的状态机。sdram的管脚分为以下几类：

 (1)　控制信号：包括片选、时钟、时钟有效、行／列地址选择、读写选择、数据有效；

 (2)　地址：时分复用管脚，根据行／列地址选择管脚控制输入地址为行地址或列地址；

 (3)　数据：双向管脚，受数据有效控制；

根据控制信号和地址输入，sdram包括多种输入命令：① 模式寄存器设置命令；② 激活命令；③ 预充命令；④写命令；⑤ 读命令；⑥自动刷新命令；⑦ 自我刷新命令；⑧突发停止命令；⑨ 空操作命令。

根据输入命令，sdram状态在内部状态间转移。内部状态包括：①模式寄存器设置状态；②激活状态；③预充状态；④写状态；⑤读状态；⑥自动刷新状态；⑦自我刷新状态；⑧节电状态。

３ sdram接口状态机设计

根据系统的要求，采用固定型号sdram，我们对sdram的操作进行了以下简化：

 (1)　不考虑随机存取模式，只采用突发读写数据模式，固定突发数据长度为2；

 (2)　固定sdram读命令输入到数据输出延时时钟周期为２；

 (3)　刷新模式仅采用自我刷新模式，不采用自动刷新模式；

 (4)　sdram的初始化、节电模式由微处理器控制；

 (5)　sdram为16位数据总线，ram为32位数据总线，sdram进行一次突发操作，ram进行一次读写操作，以实现速度匹配；

(6)　sdram和ram读写地址采用递增模式，连续变化。

简化的sdram接口状态转移图如图1所示。其中，初始化、自我刷新、电源关断、读操作、写操作、预充等状态又分别各由一组子状态组成。

为充分利用sdram的高速存取特性，读、写时序必须仔细设计，应基本可以实现每个时钟周期进行一次数据存取。

3.1 sdram读操作时序设计

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