基于FPGA的FIFO設(shè)計(jì)和應(yīng)用

狀態(tài)機(jī)是SDRAM控制器的核心控制模塊，其作用主要有兩個(gè)方面：其一是對(duì)各模塊發(fā)出的操作請(qǐng)求進(jìn)行仲裁，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻作出反映，發(fā)出對(duì)SDRAM適當(dāng)?shù)目刂泼睿黄涠菂f(xié)調(diào)各模塊之間的時(shí)序關(guān)系，滿(mǎn)足對(duì)SDRAM讀寫(xiě)所必需的時(shí)序要求。狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖3所示。

在模式設(shè)定之后，BANK和行地址選中需要訪問(wèn)數(shù)據(jù)所在的具體BANK塊和行，狀態(tài)機(jī)對(duì)這一行發(fā)出激活命令，從激活到讀寫(xiě)操作需要經(jīng)過(guò)一個(gè)tRCD的延時(shí)，設(shè)計(jì)中選tRCD=20 ns，而系統(tǒng)時(shí)鐘周期為9．26 ns，所以從激活到執(zhí)行讀寫(xiě)操作之間至少需要3個(gè)時(shí)鐘周期。在執(zhí)行讀寫(xiě)操作時(shí)，只要狀態(tài)機(jī)通過(guò)讀寫(xiě)命令選中數(shù)據(jù)所在行的列地址，就能達(dá)到讀寫(xiě)具體存儲(chǔ)單元的目的。狀態(tài)機(jī)對(duì)SDRAM發(fā)出一個(gè)讀命令后，需要等待一個(gè)CAS latency，然后才能讀數(shù)據(jù)；而寫(xiě)操作是實(shí)時(shí)的，不需要延時(shí)，狀態(tài)機(jī)在發(fā)出寫(xiě)命令后，就可以對(duì)SDRAM進(jìn)行寫(xiě)操作。SDRAM同時(shí)只允許一行地址激活，因此在完成某BANK／ROW的讀寫(xiě)操作后，對(duì)該BANK／ROW進(jìn)行預(yù)充電，然后才能激活下一個(gè)BANK／ROW。從預(yù)充電成功到下一次激活命令成功，如果是在同一個(gè)BANK塊，則需要延時(shí)tRC，如果是不同的BANK塊，則需要延時(shí)tRRD。
SDRAM要求在64 ms之內(nèi)對(duì)4 096行進(jìn)行刷新，也就是每15．625μs刷新一行。由于系統(tǒng)時(shí)鐘周期為9．26 ns，所以刷新模塊計(jì)數(shù)達(dá)到1 685時(shí)，就需要對(duì)SDRAM發(fā)出刷新命令，保證SDRAM中的數(shù)據(jù)不丟失。將自動(dòng)刷新請(qǐng)求設(shè)為優(yōu)先請(qǐng)求，狀態(tài)機(jī)內(nèi)部有請(qǐng)求仲裁邏輯，當(dāng)自動(dòng)刷新請(qǐng)求和其他請(qǐng)求同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，優(yōu)先保證自動(dòng)刷新請(qǐng)求，狀態(tài)轉(zhuǎn)移至刷新操作，當(dāng)刷新操作結(jié)束時(shí)，重新返回空閑狀態(tài)，開(kāi)始響應(yīng)其他請(qǐng)求。

3 工程應(yīng)用介紹
該設(shè)計(jì)目的是為了擴(kuò)展TMS320DM642的FIFO容量，以FPGA為接口，實(shí)現(xiàn)與SDRAM的連接。TMS320DM642可以對(duì)4 GB的地址進(jìn)行尋址，而實(shí)際應(yīng)用中FIFO的容量只有256 KB，尋址空間為0x0184000~0x0187FFFF，因此在實(shí)際應(yīng)用中必須進(jìn)行擴(kuò)展。這里采用1片MICRON公司的MT48LC4M3282型號(hào)的128 Mb SDRAM，采用32位數(shù)據(jù)總線(xiàn)，將其通過(guò)FPGA配置在TMS320DM642處理器的EMIFA CE3上，其地址范圍為0xB0000000～0xB7FFFFFF。在該設(shè)計(jì)中，突發(fā)長(zhǎng)度為8，CAS latency為3。圖4為用Modelsim SE 6．0仿真的SDRAM讀時(shí)序圖。

4 結(jié) 語(yǔ)
該設(shè)計(jì)已應(yīng)用于目標(biāo)識(shí)別與跟蹤系統(tǒng)中的幀緩沖。文中主要介紹了SDRAM的具體信號(hào)關(guān)系，說(shuō)明各種操作命令，給出在高速圖像存儲(chǔ)系統(tǒng)中SDRAM控制器的具體硬件接口設(shè)計(jì)。大容量存儲(chǔ)器是FIFO的發(fā)展方向，從現(xiàn)在通用的SDRAM、專(zhuān)用的SRAM，到DDR SDRAM，容量越來(lái)越大，速度也越來(lái)越快，而用FPGA作為SDRAM的控制器，具有最大的靈活性，也能在最大限度上發(fā)揮SDRAM高速度的優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)它進(jìn)行研究具有重要的意義。