基于FPGA的高速SDRAM控制器的視頻應用

0 引言
SDRAM(同步動態存儲器)是一種應用廣泛的存儲器，具有容量大、數據讀寫速度快、價格低廉等優點，特別適合那些需要海量存儲器的應用領域，例如視頻方面。
這里有一個視頻項目要求將非標準的ITU-R BT.656視頻格式的數據轉換成VGA格式，直接用于顯示器顯示。如圖1，輸入的視頻格式是非標準的ITU-R BT.656格式，圖像分辨率是1280×1024，幀速是15幀／秒，每一個像素點是24bit；輸出的視頻格式是VGA格式，圖像分辨率是1280× 1024，幀速是60幀／秒，每一個像素點還是24bit。

本項目使用SDRAM來存儲視頻數據。在設計中，要求能夠將一幅完整的圖像(1280×1024×24bit)存儲在SDRAM中。并且要求讀寫突發長度是1280，即一行視頻數據(1280×24bit)。SDRAM突發長度最高只能達到256(即SDRAM芯片的一列的長度)，為此需要使用FPGA專門實現一個SDRAM控制器。在控制器的設計中通過采用切換bank操作、自動預沖、集中刷新等技術實現了這種超長突發長度的數據讀寫。同樣通過適當地修改此控制器，可以實現任意突發長度的數據讀寫。

1 SDRAM基本特性
本設計中采用的SDRAM芯片的型號是MT48LC2M3282-7。SDRAM的主要操作包括初始化、讀寫和刷新操作。SDRAM的初始化操作過程如下：上電后等待100 μs；然后依次完成預沖，兩次刷新操作；接下來就可以配置寄存器了。至此整個初始化工作結束，SDRAM進入正常工作狀態。SDRAM進入正常工作狀態后，就可以根據命令來工作。這些命令包括：預沖(Precharge)和自動預沖(AutoPrecharge)、激活(Active)、讀 (read)、寫(write)、自動刷新(Auto Refresh)和自刷新(Self Refresh)等。根據本設計的需要，這里詳細介紹設計中相關的命令：自動預沖、激活、讀寫、自動刷新。自動預沖命令是SDRAM芯片在一次突發讀／寫結束后自動發出預沖命令，將讀寫的行關閉。它與預沖命令有著相同的功能，但是發起命令的方式不一樣。預沖命令是SDRAM控制器發起的命令，它需要占據 SDRAM的總線，在這段時間不能讀寫數據。而自動預沖命令是SDRAM自動的行為，不需要占據SDRAM的總線。這個命令是在發起讀寫命令時設置的。
激活命令是對SDRAM的某一行激活，這樣才能對這一行數據發起讀寫操作。讀寫命令是對某一激活的行進行突發讀寫操作。具體的突發讀寫的數據長度在初始化時配置寄存器時設置了。