一. 簡介
本例將介紹SDRAM的使用,。SDRAM是一個存儲器件,，存儲容量大,，存儲速度比較快，速度可達100M,，特別適合用來當做視頻或者音頻中的存儲器件,。
在采集到OV5640傳輸過來的圖像數(shù)據(jù)的時候,，F(xiàn)PGA的片上資源是沒有那么大的存儲空間進行存儲的，必須通過外部的存儲器件進行存儲,。恰好開發(fā)板上有一片SDRAM,，所以用此來進行存儲，一般而言入門級的FPGA開發(fā)板上都是配置的SDRAM,，中高級一點的是DDR2（alter開發(fā)板）,，DDR3（xilinx開發(fā)板）。
所以本例將實現(xiàn)一個完善的SDRAM存儲控制器,，供大家查看,。
二. SDRAM接口信號
從下面框圖中可以看出，SDRAM接口信號可以分為四大類：控制信號,，地址信號,，數(shù)據(jù)輸入輸出信號，掩碼信號,。下面將詳細介紹各個命令的作用。
以上就是SDRAM的全部接口信號了,，并沒有特別復雜,。
下圖是SDRAM的所有命令，在對SDRAM進行操作的時候,，需要使用到,。
然后在。v文件中先將其定義出來,，方便后續(xù)使用
三. SDRAM上電初始化
上電后,，沒有任何時序上的操作，只需要延時100us（手冊上要求最小為100us）,，使輸入輸出電平達到穩(wěn)定,，即可，在此期間,，發(fā)送的命令最好為NOP,。
這里初始化包括了初始化和加載模式寄存器，我認為初始化,，就是加載模式寄存器,。
（1）模式寄存器
模式寄存器的定義如下,，通過地址線給出,，每位都有其具體的含義。
0-2 bit：定義突發(fā)長度,，每給一個讀/寫命令后,，輸出/輸入的數(shù)據(jù)大小
4-6bit :定義潛伏期,，發(fā)出讀命令后，延時多少個周期給讀數(shù)據(jù),，僅對讀操作有效
10-12bit: 保留,，始終置高即可
其余位始終保持為0即可。模式寄存器的內容就這么多,。
?。?）初始化
下圖是初始化的過程，按照圖示要求依次發(fā)送對應的命令即可,，命令與命令之間的間隔時間手冊上都有說明,，取的時候，可以適當取大,。模式寄存器的A信號被分成了兩部分A10和其他,，可以看到A10在PRECHARGE階段有特殊作用，一般為1,，對所有的bank都進行預充電,。
在模式寄存器中A10也是為1的，所以在整個初始化過程中,，A可以直接賦值為模式寄存器的值,。
實現(xiàn)過程如下，也是非常簡潔的,，編寫好初始化模塊看,，可以直接仿真，這里多虧了大佬寫的sdram模型（就是一個,。v文件）,，不用上板，可以直接仿真看代碼編寫是否正確,。
仿真輸出如下,，可以看到和時序圖中，命令發(fā)送過程是一樣,，同時也可以看到,，模式寄存器配置的具體參數(shù)，非常方便,，初始化模塊就順利的編寫完成了,。
四. 刷新模塊
由于sdram的特殊結構，sdram在使用的過程中,，需要每隔一段時間,，對所有的存儲區(qū)域進行一次刷新操作（充電），否則內部存儲的數(shù)據(jù)會丟失,，這將會成為后面設計的一大難點,。
根據(jù)手冊得知每64ms需要完成8192次刷新操作,，也就是下面的時序圖需要在64ms內運行8192次，平均下來7us就要進行一次,，這個時間需要記住非常重要,。
同樣也是根據(jù)手冊給出的時序圖進行編寫代碼，一共需要發(fā)送三個命令
代碼實現(xiàn)如下,，也是非常容易實現(xiàn)的,。
從圖中可以看出，每隔7090ns進行一次刷新,，滿足要求,。
至此，初始化和刷新模塊編寫完成,，這兩部分只需要按照手冊上給出的時序圖來編寫代碼即可,，比較容易即可完成，后面的讀寫模塊會復雜一些,。
五. 寫模塊
讀模塊的時序圖如下,，截取的是沒有auto precharge操作的，也就是在數(shù)據(jù)寫完后,，需要手動發(fā)送一個precharge命令,。同樣可以讓sdram自動完成這個操作，只需要在發(fā)送write命令的時候,，將A10拉高即可，這樣在發(fā)送完數(shù)據(jù)后,，就可以直接結束了,，不用發(fā)送precharge命令。本次介紹的是需要發(fā)送precharge命令,。
設計時需要清楚以下兩個問題
發(fā)送過程中,，需要切換行地址或者bank的時候，應該怎樣操作
發(fā)送過程中,，突然來了刷新請求時,，該如何處理
先對第一個問題進行說明一下，在sdram中,，行地址和bank是發(fā)送ACTIVE命令時指定的,，發(fā)送write命令時，就可以指定列地址了,，如下BL=1,。也就是說切換行地址或bank時需要重新發(fā)送ACTIVE命令。ps：寫操作是沒有潛伏期的,。
手冊中也給出了這部分的時序圖,，如下,。需要注意的一點是，它這是使能了auto precharge,，所以數(shù)據(jù)發(fā)送完成后,，沒有發(fā)送precharge命令，就發(fā)送了ACTIVE命令來切換行地址或bank了,。沒有使能的情況下,，需要加上precharge地址，然后再延時tRCD,，發(fā)送ACTIVE命令,，這點需要注意。
第二個問題,，當刷新請求來時,，這個時候當然是要暫停發(fā)送數(shù)據(jù)，需要保存已經(jīng)發(fā)送數(shù)據(jù)的個數(shù),，以及當前發(fā)送的地址和bank,。然后在刷新結束后，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù),。
模塊框圖和狀態(tài)機如下,。在write_data_en使能的情況下，外部輸入數(shù)據(jù)進來,，其余時刻輸入的數(shù)據(jù)無效,，相當于一個握手信號。sdram模式寄存器配置的是突發(fā)長度為1,，所以這里單次寫突發(fā)長度是沒有大小限制的,。
sdram_write
（
input sdram_clk,
input rst_n,
input sdram_write_req, //寫請求
output sdram_write_ack, //寫響應
input sdram_write_pause, //寫暫停信號,，轉去刷新操作
output reg sdram_write_pause_ack, //寫暫停響應,，成功暫停
input[24:0] write_addr, //寫入地址
input[15:0] write_data, //寫入數(shù)據(jù) {bank[1:0s],row[12:0],clo[9:0]}
input[9:0] write_burst_length, //單次寫突發(fā)長度 //可以為sdram大小
output write_data_en, //寫入數(shù)據(jù)有效輸出
//sdram接口
output[3:0] sdram_write_cmd,
output[12:0] sdram_write_addr,
output[1:0] sdram_write_ba,
output[15:0] sdram_write_data
）,；
localparam S_IDEL = 'd0; //空閑態(tài)
localparam S_ACTIVE = 'd1; //激活態(tài)
localparam S_WRITE = 'd2; //寫數(shù)據(jù)
localparam S_PAUSE = 'd3; //寫暫停
localparam S_ALTERNATE = 'd4; //換行換bank緩存
localparam S_PRECHARGE = 'd5; //寫結束后或切換行列地址,，發(fā)送precharge命令
localparam S_END = 'd6; //寫結束
always@（*）
begin
case（state）
S_IDEL:
if（ sdram_write_req == 1'b1 ）
next_state <= S_ACTIVE;
else
next_state <= S_IDEL;
S_ACTIVE:
if（ sdram_write_pause == 1'b1 ） //寫暫停信號，轉去刷新操作
next_state <= S_PAUSE;
else if（ time_cnt == `tRCD ）
next_state <= S_WRITE;
else
next_state <= S_ACTIVE;
S_WRITE:
if（ sdram_write_pause == 1'b1 ） //寫暫停信號,，轉去刷新操作
next_state <= S_PAUSE;
else if（ alternating_bank_row_en == 1'b1）
next_state <= S_PRECHARGE;
else if（ write_burst_length_cnt == write_burst_length ）
next_state <= S_PRECHARGE;
else
next_state <= S_WRITE;
S_PAUSE:
if（ sdram_write_pause == 1'b0 ） //刷新操作結束
next_state <= S_ACTIVE;
else
next_state <= S_PAUSE;
S_ALTERNATE:
if（ time_cnt == `tRCD）
next_state <= S_ACTIVE;
else
next_state <= S_ALTERNATE;
S_PRECHARGE:
if（ time_cnt == `tRP + `tWR）
if（ write_burst_length_cnt >= write_burst_length）
next_state <= S_END;
else
next_state <= S_ALTERNATE;
else
next_state <= S_PRECHARGE;
S_END:
next_state <= S_IDEL;
default : next_state <= S_IDEL;
endcase
end
最后通過仿真,，確認實現(xiàn)正確，第一幅圖是寫過程進行刷新操作,，第二幅圖是,，寫過程切換行地址
六. 讀模塊
讀模塊過程的編寫和寫模塊是一模一樣的，不過需要注意的是讀模塊有潛伏期，命令發(fā)送和數(shù)據(jù)輸出相差CL個時鐘周期,，讀數(shù)據(jù)的時候,，需要將這個延時加入其中，可以看到接口信號和寫模塊是一樣,。不過對數(shù)據(jù)進行采樣的時候,，需要使用輸入到sdram中的時鐘，這需要注意,。
sdram_read
?。?/p>
input sdram_clk,
input rst_n,
input sdram_read_req, //讀請求
output sdram_read_ack, //讀響應
input sdram_read_pause, //讀暫停信號，轉去刷新操作
output reg sdram_read_pause_ack, //讀暫停響應,，成功暫停
input[24:0] read_addr, //讀入地址
output[15:0] read_data, //讀出數(shù)據(jù) {bank[1:0s],row[12:0],clo[9:0]}
input[9:0] read_burst_length, //單次讀突發(fā)長度 //可以為sdram大小
output read_data_en, //讀數(shù)據(jù)有效輸出
//sdram接口
output[3:0] sdram_read_cmd,
output[12:0] sdram_read_addr,
output[1:0] sdram_read_ba,
input[15:0] sdram_read_data
?。?/p>
通過仿真輸出,，確定突發(fā)讀期間,，換行以及刷新完全正確
至此SDRAM模塊的編寫就完成了，頂層框圖如下,，至于在外部如何進行封裝,，那就看不同的需求了。
SDRAM_TOP（
input sys_clk, //sdram的系統(tǒng)時鐘 100M
input rst_n, //異步復位信號
//讀接口
input read_req,
output read_ack,
input[24:0] read_addr,
input[9:0] read_burst_length,
output[15:0] read_data,
output read_data_en,
//寫接口
input write_req,
output write_ack,
input[24:0] write_addr,
input[9:0] write_burst_length,
input[15:0] write_data,
output write_data_en,
//sdram接口
output sdram_clk, //sdram clock
output sdram_cke, //sdram clock enable
output sdram_cs_n, //sdram chip select
output sdram_we_n, //sdram write enable
output sdram_cas_n, //sdram column address strobe
output sdram_ras_n, //sdram row address strobe
output[1:0] sdram_dqm, //sdram data enable
output[1:0] sdram_ba, //sdram bank address
output[12:0] sdram_addr, //sdram address
inout[15:0] sdram_dq //sdram data
?。?；
結束
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