RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)是一種在電子系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的器件，通常用于數(shù)據(jù)和程序的緩存,。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展,，RAM獲得了飛速的發(fā)展,，從RAM,、DRAM(Dynamic RAM，即動(dòng)態(tài)RAM)發(fā)展到SDRAM(Synchronous Dynamic RAM,，即同步動(dòng)態(tài)RAM),，RAM的容量越來(lái)越大、速度越來(lái)越高,，可以說(shuō)存儲(chǔ)器的容量和速度已經(jīng)成為半導(dǎo)體工業(yè)水平的標(biāo)志,。
1 任務(wù)背景
　　SDRAM具有大容量和高速的優(yōu)點(diǎn)，目前其存取速度可以達(dá)到100～133MHz,，單片容量可以達(dá)到64Mbit或更高,，因此在需要高速、大容量存儲(chǔ)器的系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用,，如應(yīng)用在目前的計(jì)算機(jī)內(nèi)存中,。但是SDRAM的控制比較復(fù)雜，其接口不能直接與目前廣泛應(yīng)用的普通微處理器(例如MCS－51系列,、Motorola 68000系列)連接,，這樣就限制了SDRAM在微處理器系統(tǒng)中的應(yīng)用。
　　我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)通用微處理器,，它要具有語(yǔ)音,、數(shù)據(jù)、圖像等多種處理功能,，并具有RS232,、USB等多種接口，另外由于多個(gè)通道的數(shù)據(jù)都需要進(jìn)行緩存和處理,，因此高速大容量的緩存是此系統(tǒng)必須的,，所以選用了SDRAM作為緩存器件。來(lái)自多個(gè)輸入通道的數(shù)據(jù)在采集后需要暫時(shí)存儲(chǔ)在SDRAM中,，處理后的數(shù)據(jù)也需要存儲(chǔ)在SDRAM中,，再輸出到輸出通道中。在SDRAM與多個(gè)輸入輸出通道之間,，采用多個(gè)雙口RAM作為接口器件,。輸入通道采集的數(shù)據(jù)首先存儲(chǔ)在雙口RAM中，采集滿后,，通過(guò)若干條指令將RAM中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到SDRAM中的一定位置中,，將SDRAM中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到RAM中也只需要若干條指令來(lái)完成。這樣通過(guò)幾條指令來(lái)設(shè)置RAM起始地址、SDRAM起始地址,、傳送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度,、傳送數(shù)據(jù)方向之后，SDRAM與RAM之間數(shù)據(jù)傳送就完全可以通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn),，不必占用微處理器的指令時(shí)間,。
2 SDRAM簡(jiǎn)介
　　SDRAM具有多種工作模式，內(nèi)部操作是一個(gè)非常復(fù)雜的狀態(tài)機(jī),。SDRAM的管腳分為以下幾類：
　　(1) 控制信號(hào)：包括片選,、時(shí)鐘、時(shí)鐘有效,、行/列地址選擇,、讀寫選擇、數(shù)據(jù)有效,；
　　(2) 地址：時(shí)分復(fù)用管腳,，根據(jù)行/列地址選擇管腳控制輸入地址為行地址或列地址；
　　(3) 數(shù)據(jù)：雙向管腳,，受數(shù)據(jù)有效控制,；
　　根據(jù)控制信號(hào)和地址輸入，SDRAM包括多種輸入命令：① 模式寄存器設(shè)置命令,；② 激活命令,；③ 預(yù)充命令；④寫命令,；⑤ 讀命令,；⑥自動(dòng)刷新命令；⑦ 自我刷新命令,；⑧突發(fā)停止命令,；⑨ 空操作命令。
　　根據(jù)輸入命令,，SDRAM狀態(tài)在內(nèi)部狀態(tài)間轉(zhuǎn)移,。內(nèi)部狀態(tài)包括：①模式寄存器設(shè)置狀態(tài)；②激活狀態(tài),；③預(yù)充狀態(tài),；④寫狀態(tài)；⑤讀狀態(tài),；⑥自動(dòng)刷新狀態(tài),；⑦自我刷新狀態(tài)；⑧節(jié)電狀態(tài),。
3 SDRAM接口狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)
　　根據(jù)系統(tǒng)的要求,，采用固定型號(hào)SDRAM,，我們對(duì)SDRAM的操作進(jìn)行了以下簡(jiǎn)化：
　　(1)不考慮隨機(jī)存取模式，只采用突發(fā)讀寫數(shù)據(jù)模式,，固定突發(fā)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為2,；
　　(2)固定SDRAM讀命令輸入到數(shù)據(jù)輸出延時(shí)時(shí)鐘周期為2；
　　(3)刷新模式僅采用自我刷新模式,，不采用自動(dòng)刷新模式,；
　　(4)SDRAM的初始化、節(jié)電模式由微處理器控制,；
　　(5)SDRAM為16位數(shù)據(jù)總線,，RAM為32位數(shù)據(jù)總線,，SDRAM進(jìn)行一次突發(fā)操作,，RAM進(jìn)行一次讀寫操作，以實(shí)現(xiàn)速度匹配,；
　　(6)SDRAM和RAM讀寫地址采用遞增模式,，連續(xù)變化。

　　簡(jiǎn)化的SDRAM接口狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖1所示,。其中,，初始化、自我刷新,、電源關(guān)斷,、讀操作、寫操作,、預(yù)充等狀態(tài)又分別各由一組子狀態(tài)組成,。
　　為充分利用SDRAM的高速存取特性，讀,、寫時(shí)序必須仔細(xì)設(shè)計(jì),，應(yīng)基本可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)時(shí)鐘周期進(jìn)行一次數(shù)據(jù)存取。
3.1 SDRAM讀操作時(shí)序設(shè)計(jì)
　　當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移方向?yàn)閺腟DRAM到雙口RAM時(shí),，如果SDRAM讀操作行地址未發(fā)生變化,，可以滿足每時(shí)鐘周期輸出一次數(shù)據(jù)的高速操作。但是當(dāng)SDRAM行地址發(fā)生變化時(shí),，必須返回預(yù)充狀態(tài),，由于從SDRAM的讀命令輸入到SDRAM數(shù)據(jù)輸出之間有2個(gè)時(shí)鐘周期的延時(shí)，所以判斷下一讀操作的行地址是否發(fā)生變化必須提前兩個(gè)周期判斷,。讀操作部分的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖2所示,。

3.2 SDRAM寫操作時(shí)序設(shè)計(jì)
　　當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移方向?yàn)閺碾p口RAM到SDRAM時(shí)，如果SDRAM寫操作行地址未發(fā)生變化,，可以滿足每時(shí)鐘周期寫入一次數(shù)據(jù)的高速操作,。但是當(dāng)SDRAM行地址發(fā)生變化時(shí),，必須返回預(yù)充狀態(tài)，由于從SDRAM的寫命令輸入到SDRAM數(shù)據(jù)輸入之間沒有延時(shí),，所以判斷下一寫操作的行地址是否發(fā)生變化無(wú)需提前判斷,，因此寫操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖比讀操作部分簡(jiǎn)單。寫操作部分的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3所示,。