SDRAM控制器

1.SDRAM简介

1. 简介：SDRAM为同步动态随机存储内存，同步指的是时钟与外部输入的时钟保持一致，也就是与外部共用一个时钟；动态指的是每个时间段内，都要进行一次刷新操作，否则里面的数据会丢失，这也是由存储特性决定的；随机指的是数据存储地址可由我们自己任意指定。
2. bank与地址: 在SDRAM中，有多个bank，每个bank都有自己的行列地址，相互独立，在读写的时候，我们需要指定那个bank的那行，那列进行读写，其中行列地址线是共用的，下面会具体的说明
3. 命令：我认为SDRAM是响应式的，对任何SDRAM的操作都要给出对应的命令，否则是无法得到想要的结果的。
4. 数据: SDRAM输入输出的数据线是共用的

本文章使用的SDRAM是黑金AX4010上的

2. SDRAM的操作流程

• 上电延时，然后初始化
• 进入仲裁状态机，优先执行刷新请求，读写请求的优先级可自行决定
  ps：是不是感觉挺简单的٩(๑>◡<๑)۶

3. SDRAM 初始化

• 找到说明文档，查阅初始化时序图
  

• CKE为SDRAM使能线，在整个运行过程中，一直为高即可

• COMMAND，command是由4根线共同组成的，分别是：CS,RAS,CAS,WE,在手册的可以方便的找到不同的命令，其4根线上高低电平分别是怎样的

• DQM为掩码，设置dqm的值，在读写sdram时，可以只对数据的高八位或者低八位或者十六位都感兴趣，一般一直设为00，即十六位都感兴趣

• A 为行列地址线,row地址时，A全部有效，col地址时，其第九位有效

• BA 为bank，指定对那个bank进行操作

• DQ: 为sdram的数据线

• 从时序图可以看到，上电后，我们需要延时最少100us，然后给个NOP命令，一般为了稳定，都会延时200us；在NOP命令后，然后再给PRECHARGE(预充电)命令，此时需要指定bank，如果A10为高的话，就是对所有的bank，如果A10为低的话，就按照BA指定的来，一般设置A10为高，后面的一些延时和对应的命令按照时序图来即可

• 直接来到LOAD Mode Register这个命令，此时需要指定A的值，不同的A值，在后面对SDMRA的操作会不同，阅读手册可知

• A0,A1,A2:控制突发长度，给一个读写命令，我可以连续读写多少个数据，我设置的是000，突发长度为1，我认为这样便于书写程序

• A3: 读写是连续的，还是随机的，仅对突发长度不为1时有效；读写的需要给定地址，也就是说写入的第一个数据的地址是以给定的，如果突发长度不为1的话，后面的数据的地址是在给定地址的基础上依次加一，还是说是随机的。

• A4,A5,A6：仅对读数据有效，给了读命令后，在接下来的几个周期内，数据才会出来，俗称潜伏期

• 其他位就不作介绍了，都为0即可，

• 至此SDRAM的初始化就完成了

4. SDRAM的写

• 老规矩，先查阅手册，找到时序图，可惜没有我想要的完整的，那分开吧，

1. 激活命令，激活对应的row地址和bank
2. 延时两个周期
3. 写命令，指定对应的col行地址和数据（A10最好为0，不然给一个命令后，又得给激活命令，重复1,2步骤）
4. 如果想继续写，写数据达到突发长度后，然后继续再给一个写命令和新的col地址
5. 如果不想写了，写数据达到突发长度后，给一个PRECHARGE命令，然后就写完成了。
   ps : 此步骤只是写SDRAM的一种，我认为是最简单，也是比较高效的一种
   可以参考下面的写时序，与我说的，只是A10给定的值不同，可以看出，如果A10给1了的话，它会自动进行一个PRECHARGE操作，而为0的话，则需要我们自己给定，以结束这次的写操作。
   

5. SDRAM读和刷新

SDRAM的读与SDRAM的写基本上一样，同样刷新操作更简单，大家可以按照读时序图自己琢磨，下面给出对应的时序图

6. 注意事项

1. 读写的时候，A10的值是非常值得关注的。
2. 读时，何时接收数据；写时，何时获取数据。
3. 仲裁模块的书写，确保读写数据后，没有超过刷新周期，这里可以用读写速度换取稳定性

7. 异步FIFO

最后来介绍一下异步FIFO的实现，我们都知道FIFO是一种先进先出的一种结构，可以说是很简单的，但是设计起来还是有点难度的，难点如下

1. 由于使用的是同一块内存，如何做到读与写如何不冲突
2. 如何判断是否写满了，以及是否为空
3. 如何计算FIFO里面读写的数据量

接下来，我还是结合代码来说明吧

1. 读写

curr表示当前读写的地址，next表示下一次的读写地址只需要合理地对next地址进行更新即可做到合理性

reg[8:0]		curr_read_ptr,next_read_ptr;				//读指针
reg[8:0]		curr_write_ptr,next_write_ptr;				//写指针

对读地址进行更新，可以看到，只要不为空的时候，我们就可以一直更新next读地址的值，同样，只要没有写满的时候，就可以一直更新next写地址的值。

always@(posedge rclk or negedge rst)
begin
	if(rst == 1'b0)
		next_read_ptr <= 'd1;
	else if(r_en == 1'b1)
		if(r_empty == 1'b0)
			if(next_read_ptr == 'd511)
				next_read_ptr <= 'd0;
			else
				next_read_ptr <= next_read_ptr + 1'b1;
		else
			next_read_ptr <= next_read_ptr;
	else
		next_read_ptr <= next_read_ptr;
end

2. 判断是否为空和满

满和空其实很好判断，只要当下一个写的地址等于当前读的地址，即可判断为满，
空也是如此，当下一个读的地址等于当前写的地址，即为空，还要考虑初始情况，next_read等于next_write的时候也是为空的

assign 	w_full  = (next_write_ptr == curr_read_ptr ) ? 1'b1 : 1'b0; 
assign  r_empty = ( next_read_ptr == curr_write_ptr || (next_read_ptr == next_write_ptr)) ? 1'b1 : 1'b0;

3. 计算FIFO里面的数据量

FIFO里面的数据量其实读写地址的差值，但是当写的地址在读的地址后面的时候，又不仅仅是差值了，而是数据总长度减去这个差值了。

always@(posedge rclk or negedge rst)
begin
	if(rst == 1'b0)
		data_count <= 'd0;
	else if(curr_read_ptr >= curr_write_ptr && next_read_ptr != next_write_ptr)
		data_count <= 'd511 - curr_read_ptr + curr_write_ptr;
	else
		data_count <= curr_write_ptr - curr_read_ptr;
end

最后给出我自己实现的SDRAM_FIFO控制器，其中包括sdram_pluse仿真模块，以及testbench；FIFO没有调用IP核，利用SDRAM和FIFO将sdram封装成一个可以方便实用的异步sdram_fifo.
欢迎大家下载学习,写的很通俗易懂。下载地址.