SDRAM 控制器的解析

　　本篇博文非原创，是整理了网上的各家之言与一体，为自己以后方便查询所用。如有冒犯请告之。

1.Precharge与Refresh的区别？

plj:两者都是对存储单元的电容进行充电、回写。但差异在于：

Precharge是对(一个或所有Bank)的所有工作行(active row)操作，并且是随机的，被操作工作行的地址在各Bank中不一相同。

　 Refresh是对所有行依次操作，且是有固定周期的，被操作行在各Bank中均相同。

2.AutoRefresh与SelfRefresh的区别？

plj:AutoRefresh是user依照指定周期发给芯片的刷新命令

　　SelfRefresh是芯片内部逻辑发给自己的刷新命令

　　无论何种Refresh均不需要提供地址，它是芯片内部的自动操作。

3.R/W带与不带Auto Precharge的区别？

plj:带AutoPrecharge时：在R时，芯片自动在(最后一个有效输出数据)前(CL-1)个时钟时产生Precharge命令。

在W时，芯片自动在(最后一个有效输出数据)后(Twr)时间产生Precharge命令。

不带AutoPrecharge时，需要user在上述时刻自己产生Precharge命令。

4.CL参数只有效于Read操作。

5. 每个Bank中只能有一个Row处于active状态，且可以进行R/W。

如果想操作同Bank中的另外一个Row，必须使用Precharge关闭当前工作Row，然后再active目的Row，这样才能R/W

6. 每个Bank均active一个Row，依次在各个Bank间操作Row，这样避免R/W时消耗的多余时钟周期，可以提高数据传输带宽

1.正常Read时的Precharge
   Auto_Precharge和手动Precharge都在最后一个有效数据(LVD)前CL-1个时钟上升沿发出
2. 手动Precharge终结Read
   手动Precharge在最后一个有效数据(LVD)前CL-1个时钟上升沿发出
3.手动Burst Terminate终结Read
   Burst Terminate在最后一个有效数据(LVD)前CL-1个时钟上升沿发出

4.正常Write时的Precharge
   Auto_Precharge和手动Precharge都在最后一个有效数据(LVD)后tWR/tDPL时间的时钟上升沿发出
5. 手动Precharge终结Write
   手动Precharge在最后一个有效数据(LVD)后tWR/tDP时间的时钟上升沿发出
                   或者在Precharge同时使能DQM屏蔽掉同时刻写入的数据
6.手动Burst Terminate终结Write
   Burst Terminate在最后一个有效数据(LVD)后1个时钟上升沿发出

7.Burst Terminate与手动Precharge在终结Read/Write中的区别？
带AutoPrecharge的R/W过程中，禁止使用BT和手动Precharge命令。
Burst Terminate适用于全页R/W、不带AutoPrecharge的突发R/W

1.SDRAM的burst mode

SDRAM是一种命令型动作的设备，就算读写资料只有一个也要先下命令才可以用，为了增加工作效率，就产生了一种传送一个命令，写多个数据的模式，这就是burst mode。

burst mode是一种利用内部列地址发生器来工作的高速读写模式，只要设置最开始的列地址，后面的地址就可以通过内部的列地址发生器来自动生成。

2.为什么要做precharge动作？

关闭正在作用的SDRAM bank，算是一种结束命令，后面可以下新的命令。我想这是和SDRAM内部管理有关。(这是从网上查到的，感觉不够详细，也不太理解)

3.自动刷新功能？

动态存储器（Dynamic RAM）都存在刷新问题。这里主要采用自动刷新方式，每隔一段时间向SDRAM发一条刷新命令。

4.SDRAM的地址线

在我们一般用的什么SRAM啊，PSRAM啊，RAM啊，一般而言都是有多少根地址线，然后可以算出寻址空间，比如有11根地址线，那寻址空间就是2的11次方减1。但是SDRAM是分列地址和行地址的，行、列地址线是复用的，所以有时候我们看到说寻址空间有多大多大，但是看看地址线怎么就那么几根啊，呵呵。SDRAM一般还有2根BANK的线，分成4个BANK，在有的处理器的SDRAM控制模块中，这两根线可能映射到地址线的某两根去。一般芯片常按照以下方式写芯片的配置，比如4Meg x 4 x 16，那这个芯片就是256Mbits。其中16指数据线是16根，中间一个4是只分4个BANK，每个BANK是4Meg。

5.SDRAM的初始化

SDRAM上电后使用前必须要经过一段初始化操作才可以使用。这个操作过程是标准的过程。这个过程如下

precharge
auto-refresh
Load Mode Register
Normal Read/Write

在上电后输入初始化命令之前，最少要100us延迟（这个其实很容易满足，呵呵）。

在输入precharge命令后，因为必须是对所有BANK进行Precharge，所以A10这个管脚要设置成高，因此在Precharge后面要做一个读的操作，这个操作最主要的是在SDRAM的寻址空间里设置的地址必须是A10是高的。

在输入Auto-refresh命令后，一般要跟几句空操作或者读什么之类的，反正要达到延迟的目的，以使得SDRAM有时间来完成refresh。

之后就是要设置SDRAM的模式寄存器，这个寄存器里一般设置了burst长度，CAS，burst类型，操作模式，还有是设置SDRAM是工作在单个读写操作还是burst操作下。而这个寄存器的设置也是通过地址线来设置的，所以在发出Load Mode Register命令后要做一个操作可是使得在SDRAM的地址线上出线的值就是你要设置的值。这里很有必要提醒的一下的是，这个操作是8位的操作，切记切记。

设置完模式寄存器后就进入正常操作模式。

实际上具体的操作要跟选用的处理器的SDRAM控制模块相结合来设置。对于这些初始化命令比较直观的理解就是拿逻辑分析仪来分析。

在这里需要提醒一下CAS这个参数很重要。还有SDRAM必须要刷新的，因此刷新频率可以按照手册算出来的，但是设置的高一点也是可以的。常常SDRAM都有工作频率，但是也可以工作在低一点的频率上，比如PC133的，你工作到100也是可以的，设置基本不需要修改。

6.基本读写操作

SDRAM的基本读操作需要控制线和地址线相配合地发出一系列命令来完成。先发出BANK激活命令（ACTIVE），并锁存相应的BANK地址（BA0、BA1给出）和行地址（A0～A12给出）。BANK激活命令后必须等待大于tRCD(SDRAM的RAS到CAS的延迟指标)时间后，发出读命令字。CL（CAS延迟值）个工作时钟后，读出数据依次出现在数据总线上。在读操作的最后，要向SDRAM发出预充电（PRECHARGE）命令，以关闭已经激活的页。等待tRP时间（PRECHARGE）命令，以关闭已经激活的页。等待tRP时间（PRECHAREG命令后，相隔tRP时间，才可再次访问该行）后，可以开始下一次的读、写操作。SDRAM的读操作只有突发模式（Burst Mode），突发长度为1、2、4、8可选。

SDRAM的基本写操作也需要控制线和地址线相配合地发出一系列命令来完成。先发出BANK激活命令（ACTIVE），并锁存相应的BANK地址（BA0、BA1给出）和行地址（A0～A12给出）。BANK激活命令后必须等待大于tRCD的时间后，发出写命令字。写命令可以立即写入，需写入数据依次送到DQ（数据线）上。在最后一个数据写入后延迟tWR时间。发出预充电命令，关闭已经激活的页。等待tRP时间后，可以展开下一次操作。写操作可以有突发写和非突发写两种。突发长度同读操作。

7.其他

我们有时候看到有的原理图上数据线有倒过来接的，其实这个无所谓的，反过接，写进去的就是反的，但是读出又反了一下，反反两次正好没反。

延伸一下到DDR，其实DDR就是SDRAM外面加了一个乌龟壳。因此初始化是一样的。当然DDR一是多了一个把时钟频率反相的时钟，因此有2个相位差180度的时钟。这两个一般都是用同一个时钟源产生，一致性会比较好。还有多了2个DQS，这个也是一个时序要求，一般CPU的控制模块都有设置好了。如果你使用的CPU不含有控制模块，那用FPGA去做一个控制模块的话，那就要好好研究时序了。

在有些处理器的控制模块中，由于EMI的设置，地址线映射关系复杂，因此推算会比较麻烦，一般如果没有什么映射的话，还是很容易操作的。

刷新操作分为两种：自动刷新（Auto Refresh，简称AR）与自刷新（Self Refresh，简称SR）。不论是何种刷新方式，都不需要外部提供行地址信息，因为这是一个内部的自动操作。

对于AR， SDRAM内部有一个行地址生成器（也称刷新计数器）用来自动的依次生成行地址。由于刷新是针对一行中的所有存储体进行，所以无需列寻址，或者说CAS在RAS之前有效。所以，AR又称CBR（CAS Before RAS，列提前于行定位）式刷新。由于刷新涉及到所有L-Bank，因此在刷新过程中，所有L-Bank都停止工作，而每次刷新所占用的时间为9个时钟周期（PC133标准），之后就可进入正常的工作状态，也就是说在这9 个时钟期间内，所有工作指令只能等待而无法执行。64ms之后则再次对同一行进行刷新，如此周而复始进行循环刷新。显然，刷新操作肯定会对SDRAM的性能造成影响，但这是没办法的事情，也是DRAM相对于SRAM（静态内存，无需刷新仍能保留数据）取得成本优势的同时所付出的代价。

SR则主要用于休眠模式低功耗状态下的数据保存，这方面最著名的应用就是STR（Suspend to RAM，休眠挂起于内存）。在发出AR命令时，将CKE置于无效状态，就进入了SR模式，此时不再依靠系统时钟工作，而是根据内部的时钟进行刷新操作。在SR期间除了CKE之外的所有外部信号都是无效的（无需外部提供刷新指令），只有重新使CKE有效才能退出自刷新模式并进入正常操作状态。