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};
,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
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