【正文】 行控制比較合適。另一種是用FPGA 進(jìn)行控制。 根據(jù)輸入命令， SDRAM 狀態(tài)在內(nèi)部狀態(tài)間轉(zhuǎn)移。 SDRAM 的所有操作都同步于時(shí)鐘。 （ 2） 地址時(shí)分復(fù)用管腳，控制輸入的地址為行地址或列地址。 SDRAM 具有多種工作模式，內(nèi)部操作是一個(gè)復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)。在設(shè)計(jì)中采用 SDRAM存儲(chǔ)器時(shí)，大多都是用專(zhuān)用芯片完成其控制電路。其單片容量可達(dá) 256Mb 或更高，工作速度可達(dá) 100200MHz 以上，是其控制方式比 EDO/FPDRAM 復(fù)雜得多。 RDIMM：registered DIMM，帶寄存器的雙線(xiàn)內(nèi)存模塊 SODIMM:筆記本常用的內(nèi)存模組。 DIMM： Double Inline Memory Module，雙列內(nèi)存模組。 SIMM： Sigle Inline Memory Module,單列內(nèi)存模組。 SDR 不等于 SDRAM。 曲高和寡 ——Rambus DRAM 內(nèi)存 ：盡管 SDRAM PC133 內(nèi)存的帶寬可提高帶寬到 1064MB/S，加上 Intel 已經(jīng)開(kāi)始著手最新的 Pentium 4計(jì)劃，所以 SDRAM PC133內(nèi)存不能滿(mǎn)足日后 的發(fā)展需求，此時(shí)， Intel 為了達(dá)到獨(dú)占市場(chǎng)的目的，與 Rambus聯(lián)合在 PC 市場(chǎng)推廣 Rambus DRAM 內(nèi)存（稱(chēng)為 RDRAM 內(nèi)存）。在性能方面，由于其輸入輸出信號(hào)保持與系統(tǒng)外頻同步，因此速度明顯超越 EDO 內(nèi)存。 第一代 SDRAM 內(nèi)存為 PC66 規(guī)范，但很快 由于 Intel 和 AMD的頻率之爭(zhēng)將 CPU 外頻提升到了 100MHz，所以 PC66 內(nèi)存很快就被 PC100 內(nèi)存取代，接著 133MHz 外頻的 PIII 以及 K7 時(shí)代的來(lái)臨， PC133 規(guī)范也以相同的方式進(jìn)一步提升 SDRAM 的整體性能，帶寬提高到 1GB/sec 以上。就實(shí)際功能比較來(lái)看，由 PC133所衍生出的第二代 PC266 DDR SRAM（ 133MHz 時(shí)鐘 2 倍數(shù)據(jù)傳輸 ＝ 266MHz帶寬），不僅在 InQuest 最新測(cè)試報(bào)告中顯示其性能平均高出 Rambus ％，在Micron 的測(cè)試中，其性能亦優(yōu)于其他的高頻寬解決方案，充份顯示出 DDR 在性能上已足以和 Rambus 相抗衡的程度。若配合可支持 133MHz 外頻的芯片組，并提高 CPU 的前端總線(xiàn)頻率（ Front Side Bus）到 133MHz，便能將 DRAM 帶寬提高到 1GB/sec 以上，從而提高整體系統(tǒng)性能。 PC133 SDRAM： PC133 SDRAM 基本上只是 PC100 SDRAM 的延伸，不論在 DRAM 制造、封裝、模組、連接器方面，都延續(xù)舊有規(guī)范，它們的生產(chǎn)設(shè)備相同，因此生產(chǎn)成本也幾乎與 PC100 SDRAM 相同。然而 Rambus 則是一種專(zhuān)利。從更遠(yuǎn)一點(diǎn)的角度看。 DDR SDRAM 代表著一條內(nèi)存 逐漸演化的道路?，F(xiàn)在有兩個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)， DDR SDRAM 內(nèi)存和 Rambus 內(nèi)存。計(jì)算機(jī)的制造工藝發(fā)展到已經(jīng)可以把微處理器（ CPU）的時(shí)鐘頻率提高的一千兆的邊緣。實(shí)際上其原理和性能是和 SDRAM 差不多的，因?yàn)?Intel 的芯片組支持 SDRAM，由于 INTEL的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位幫助 SDRAM 成為市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。 SDRAM 的速度至少不能慢于系統(tǒng)的時(shí)鐘速度， SDRAM 的訪(fǎng)問(wèn)通常發(fā)生在四個(gè)連續(xù)的突發(fā)周期，第一個(gè)突發(fā)周期需要 4 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，第二到第四個(gè)突發(fā)周期只需要 1 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。按此進(jìn)行，100MHz 的無(wú)縫數(shù)據(jù)速率可在整個(gè)器件讀或?qū)懼袑?shí)現(xiàn)。 SDRAM 結(jié)構(gòu)的 另一大特點(diǎn)是其支持 DRAM 的兩列地址同時(shí)打開(kāi)。系統(tǒng)在使用這些異步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器時(shí)需插入一些等待狀態(tài)來(lái)適應(yīng)異步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的本身需要，這時(shí)，指令的執(zhí)行時(shí)間往往是由內(nèi)存的速度、而非系統(tǒng)本身能夠達(dá)到的最高速率來(lái)決定。 可以說(shuō)， SDRAM 是一種改善了結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)型 DRAM。使用 SDRAM 不但能提高系統(tǒng)表現(xiàn)，還能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、提供高速的數(shù)據(jù)傳輸。例如：同為 133MHz 工作頻率， DDR SDRAM可實(shí)現(xiàn) ，而 DDR2 SDRAM 則達(dá)到 ， 也被稱(chēng)為 DDR2 533 或 PC2 4200 內(nèi)存 。例如：同為 133MHz 的工作頻率， SDRAM 內(nèi)存可以實(shí)現(xiàn) 據(jù)帶寬，而 DDR SDRAM 則達(dá)到了 ，這種 DDR SDRAM 內(nèi)存便被稱(chēng)為DDR 266 或 PC2100，前者代表等效工作頻率，后者表明了數(shù)據(jù)帶寬。 DDR SDRAM是 “Double Data Rate SDRAM”的縮寫(xiě)，即 “雙倍速率同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 ”。 DDR 的讀寫(xiě)頻率從 DDR200 到 DDR400， DDR2 從 DDR2400 到DDR2800， DDR3 從 DDR3800 到 DDR31666。之后的第二，三，四代 DDR（ Double Data Rate）內(nèi)存則采用數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速率作為命名標(biāo)準(zhǔn)，并且在前面加上表示其 DDR 代數(shù)的符號(hào)， PC即 DDR， PC2=DDR2，PC3=DDR3。 SDRAM 從發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了四代，分別是：第一代 SDR SDRAM，第二代 DDR SDRAM，第三代 DDR2 SDRAM，第四代 DDR3 二代 SDRAM 均采用單端（ SingleEnded）時(shí) 鐘信號(hào) ,第三代與第四代由于工作頻率比較快，所以采用可降低干擾的差分時(shí)鐘信號(hào)作為同步時(shí)鐘。但隨著 DDR SDRAM 的普及，SDRAM 也正在慢慢退出主流市場(chǎng)。 SDRAM 不僅可用作主存，在顯示卡上的顯存方面也有廣泛應(yīng)用。 SDRAM 采用 工作電壓，帶寬 64 位， SDRAM 將 CPU 與 RAM 通過(guò)一個(gè)相同的時(shí)鐘鎖在一起，使 RAM 和CPU 能夠共享一個(gè)時(shí)鐘周期，以 相同的速度同步工作，與 EDO 內(nèi)存相比速度能提高 50％。但是，當(dāng)我們對(duì)SDRAM 存儲(chǔ)器進(jìn)行特殊應(yīng)用時(shí)，就需要自己設(shè)計(jì)控制電路了 [1]。目前，許多嵌入式設(shè)備的大容量存儲(chǔ)器都采用 SDRAM 來(lái)實(shí)現(xiàn)。30 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 1 前 言 SDRAM 的特點(diǎn)是大容量和高速度。27 附 錄一 24 參考文獻(xiàn) 22 結(jié) 21 在 FPGA 中 設(shè) 計(jì) 和 實(shí) 現(xiàn) SDRAM 控 制器 15 SDRAM控制器的具體實(shí)現(xiàn) 12 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 SDRAM 控制器 的 設(shè)計(jì) 11 命 令 生 成 模塊 10 接 口 控 制 模塊 9 接 口 信 號(hào) 介紹 6 SDRAM 操作終止 5 SDRAM 的指令 1 2 SDRAM控制器的 介紹與設(shè)計(jì) Ⅰ 1 前言 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 吉 林 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論文題目： 基于 FPGA 的 SDRAM 控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)年級(jí)： 電子信息科學(xué)與技 指導(dǎo)教師： 職稱(chēng) 助 教 2021 年 6 月 2 日 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 目 錄 題目 Ⅰ 摘要及關(guān)鍵詞 1 SDRAM 地址結(jié)構(gòu) 5 SDRAM初始化操作 5 SDRAM 讀寫(xiě)操作 6 SDRAM工作原理 7 SDRAM 控制器方案 17 3 FPGA介紹與設(shè)計(jì) 21 FPGA芯片介紹 26 致 謝 29 附 錄二 其單片容量可達(dá) 256 Mb 或更高，工作速度可達(dá) 100～ 200 MHz 以上，但是其控制方式比 EDO／ FPDRAM 復(fù)雜得多。在設(shè)計(jì)中采用SDRAM 存儲(chǔ)器時(shí)，大多都是用專(zhuān)用芯片完成其控制電路。 SDRAM 是 Synchronous Dynamic Random Access Memory（同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）的簡(jiǎn)稱(chēng) ，是前幾年普遍使用的內(nèi)存形式。 SDRAM 基于雙存儲(chǔ)體結(jié)構(gòu)，內(nèi)含兩個(gè)交錯(cuò)的存儲(chǔ)陣列，當(dāng) CPU 從一個(gè)存儲(chǔ)體或陣列訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)，另一個(gè)就已為讀寫(xiě)數(shù)據(jù)做好了準(zhǔn)備，通過(guò)這兩個(gè)存儲(chǔ)陣列的緊密切換，讀取效率就能得到成倍的提高。 SDRAM 曾經(jīng)是長(zhǎng)時(shí)間使用的主流內(nèi)存，從 430TX 芯片組到 845 芯片組都支持 SDRAM。 2 SDRAM控制器 的 介紹與設(shè)計(jì) SDRAM: Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，同步是指 Memory 工作需要步時(shí)鐘，內(nèi)部的命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的傳輸都以它為基準(zhǔn)；動(dòng)態(tài)是指存儲(chǔ)陣列需要不斷的刷新來(lái)保證數(shù)據(jù)不丟失；隨機(jī)是指數(shù)據(jù)不是線(xiàn)性依次存儲(chǔ)，而是由指定地址進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě) [2]。 SDR SDRAM 的時(shí)鐘頻率就是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的頻率，第一代內(nèi)存用時(shí)鐘頻率命名，如 pc100， pc133則表明時(shí)鐘信號(hào)為 100 或 133MHz，數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速率也為 100 或 133MHz。如 PC2700 是 DDR333，其工作頻率是 333/2=166MHz， 2700 表示帶寬為 。很多人將 SDRAM 錯(cuò)誤的理解為第一代也就是 SDR SDRAM，并且作為名詞解釋?zhuān)詫僬`導(dǎo)。與早期的 SDRAM 相比， DDR SDRAM 內(nèi)存可在時(shí)鐘脈沖的上升和下降沿同時(shí)傳輸吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 信號(hào)，這意味著在相同的工作頻率下， DDR SDRAM 的理 論傳輸速率為 SDRAM的兩倍 [3]。 DDR2 SDRAM 則在 DDR SDRAM 的基礎(chǔ)上再次進(jìn)行了改進(jìn)，它同樣可在時(shí)鐘脈沖的上升和下降沿同時(shí)傳輸信號(hào)，但采用了 4bit 數(shù)據(jù)預(yù)讀取方式，使得數(shù)據(jù)傳輸速率在 DDR SDRAM 的基礎(chǔ)上翻番。 SDRAM 內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)采用突發(fā)（ burst）模式，它和原理是， SDRAM 在現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器中加入同步控制邏輯 (一個(gè)狀態(tài)機(jī) )，利用一個(gè)單一的系統(tǒng)時(shí)鐘同步所有的地址數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。 在功能上，它類(lèi)似常規(guī)的 DRAM，也需時(shí)鐘進(jìn)行刷新。然而， SDRAM 是如何利用它的同步 特性而適應(yīng)高速系統(tǒng)的需要的呢？我們知道，原先我們使用的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器技術(shù)都是建立在異步控制基礎(chǔ)上的。例如，當(dāng)將連續(xù)數(shù)據(jù)存入 CACHE 時(shí)， 一個(gè)速度為 60ns 的快頁(yè)內(nèi)存需要 40ns 的頁(yè)循環(huán)時(shí)間；當(dāng)系統(tǒng)速度運(yùn)行在 100MHz 時(shí) (一個(gè)時(shí)鐘周期 10ns)，每執(zhí)行一次數(shù)據(jù)存取，即需要等待 4 個(gè)時(shí)鐘周期！而使用 SDRAM，由于其同步特性，則可避免這一時(shí)。兩個(gè)打開(kāi)的存儲(chǔ)體間的內(nèi)存存取可以交叉進(jìn)行，一般的如預(yù)置或激活列可以隱藏在存儲(chǔ)體存取過(guò)程中，即允許在一個(gè)存儲(chǔ)體讀或?qū)懙耐瑫r(shí)，令一存儲(chǔ)體進(jìn)行預(yù)置。因?yàn)?SDRAM 的速度約束著系統(tǒng)的時(shí)鐘速度，它的速度是由 MHz 或 ns 來(lái)計(jì)算的。順便提一下 BEDO（ Burst EDO）也就是突發(fā) EDO 內(nèi)存。新的內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)在新的世紀(jì)到來(lái)之時(shí)，也帶來(lái)了計(jì)算機(jī)硬件的重大改變。相應(yīng)的內(nèi)存也必須跟得上處理器的速度才行。它們之間的競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)成為 PC 內(nèi)存市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的核心。 Rambus 則代表著計(jì)算機(jī)設(shè)吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 計(jì)上的重大變革。 DDR SDRAM 是一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)。它們之間的勝利者將會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)制造業(yè)產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，兩者的差別僅在于相同制程技術(shù)下，所多的一道「篩選」程序，將速度可達(dá) 133MHz 的顆粒挑 選出來(lái)而已。 DDRSDRAM ： DDR SDRAM （ Double Data Rate DRAM ）或稱(chēng)之為SDRAMⅡ ，由于 DDR 在時(shí)鐘的上升及下降的邊緣都可以傳輸資料，從而使得實(shí)際帶寬增加兩倍，大幅提升了其性能／成本比。 SDRAM 內(nèi)存 ：自 Intel Celeron 系列以及 AMD K6 處理器以及相關(guān)的主板芯片組推出后， E