使用QDR-IV設計高性能網絡系統(tǒng)之二

在本系列第一部分，我們探討了兩種類型的QDR-IV存儲器、時鐘、讀/寫操作和分組操作。在第二部分，我們將探討總線轉換、總線翻轉、地址奇偶校驗等重要的總線問題。

總線轉換的注意事項
總線轉換時間非常重要，其決定了讀和寫指令間是否需要額外的間隔來避免在同一個I/O 端口上發(fā)生總線沖突。

想象下QDR-IV HP SRAM 中端口A 先后收到寫指令和讀指令。從CK 信號的上升沿（與初始化寫指令周期相對應）算起，在整整三個時鐘周期后向DQA 引腳提供寫數(shù)據。讀數(shù)據則將在下一個周期發(fā)送，因為 DQ從CK 信號的上升沿（與初始化讀指令的周期相應）算起五個時鐘周期后才能獲得數(shù)據。此外，為符合總線轉換時間和傳輸時延（從ASIC/FPGA 到QDR IV 存儲器），還有兩個額外周期。因此，啟動寫指令后，可以立即啟動讀指令。

在其他情況下，如果先啟動讀指令后啟動寫指令，那么發(fā)送讀指令經過三個時鐘周期后，才能發(fā)送寫指令。這是因為，從在時鐘信號CK 的上升沿上對讀指令進行采樣算起，經過五個周期后可獲得DQA 引腳上的讀數(shù)據，并且從在時鐘信號CK 的上 升沿上對寫指令進行采樣算起，在整三個時鐘周期內向DQA 引腳提供寫數(shù)據。否則，將會發(fā)生總線沖突。因此，發(fā)送寫指令后的最小時鐘周期應該為RL – WL + 1（RL：讀時延；WL：寫時延；這兩個時延的單位為時鐘周期數(shù)）。另外一個時鐘周期用于正確捕獲數(shù)據并補償總線轉換時延（通常為一個時鐘周期）。

如果傳輸時延大于總線轉換時延，那么‘讀到寫’指令間的間隔為：

“讀到寫”指令間的時間周期 = 讀時延 – 寫時延 + 1 + 傳輸時延

請參考圖7。發(fā)送讀指令經過四個時鐘周期后，將發(fā)送端口A 的寫指令。這樣是為了避免因讀/寫時延、總線轉換時間和傳輸時延間的差別而導致的總線沖突。

圖7. QDR-IV HP SRAM時序分析圖

總線翻轉
QDR-IV 器件支持總線翻轉以降低切換噪聲和I/O功耗。在存儲事務處理中，存儲器控制器和QDR-IV都可以選擇應用總線翻轉。

由于QDR-IV 器件的POD 信令模式為I/O 信號提供了到VDDQ 的高壓終端選項，所以信號轉為高電平邏輯狀態(tài)不會耗電。因此，總線翻轉對于POD I/O 信號是一個很重要的性能。QDR-IV 會保證翻轉地址和數(shù)據總線的數(shù)據完整性。

使用芯片配置寄存器來啟用或禁用地址和數(shù)據總線翻轉功能。

地址總線翻轉
AINV 是雙倍數(shù)據速率信號，每次將地址發(fā)送給存儲器器件時都會更新該信號。AINV 引腳指示是否對地址總線（An –A0）和AP 進行了翻轉。AINV 是高電平有效信號。當AINV = 1 時，將翻轉地址總線；當AINV = 0 時，不翻轉地址總線。AINV 引腳的功能由存儲器控制器控制。

地址總線和地址奇偶位都被視為地址組（AG）。

表5顯示的是AG 定義以及x18 和x36 QDR-IV 選項的AINV 設置條件。

表5. 地址總線翻轉條件

x36器件示例

不進行地址總線翻轉：
假設要訪問的地址分別為22’h 000199和22’h 3FFCFF。17個地址引腳需要在第一個和第二個地址的邏輯狀態(tài)間進行切換，如下表所示（紅色單元格顯示）。這樣會增大地址引腳上的切換噪聲、I/O電流以及串擾。

表6. 地址總線序列（未進行總線翻轉）

進行地址總線翻轉：
根據表5顯示，第一個地址組（22h 000199）滿足翻轉邏輯條件。因此，存儲器控制器發(fā)送第一個地址組前，它會將地址組從22’h 000199翻轉為22’h 3FFE66，并將AINV引腳置為1。由于不需要翻轉第二個地址組，所以存儲器控制器可以將其直接發(fā)送，并將AINV設置為0。

下表顯示的是地址總線翻轉的結果。在這種情況下，只有5個地址引腳需要切換邏輯（紅色單元格顯示）。切換位的總數(shù)降低為5，所以降低了由于同時切換輸出（SSO）而引起的噪聲、I/O電流以及串擾。

表7. 地址總線序列（進行總線翻轉）

數(shù)據總線翻轉

數(shù)據總線翻轉在數(shù)據線路中也類似，但翻轉位由存儲器控制器在存儲器寫操作期間生成，并且翻轉位由QDR-IV存儲器中的翻轉邏輯在存儲器讀操作期間生成。

DINVA和DINVB引腳指示了是否翻轉相應的DQA和DQB引腳。DINVA和DINVB均為高電平有效信號。當DINV = 1時，將翻轉數(shù)據總線；當DINV = 0時，不翻轉數(shù)據總線。

DINVA[1]和DINVA[0]相互獨立并控制與其相應的DQA組。DINVA[0]控制DQA[17:0]（對于x36的配置）或DQA[8:0]（對于x18的配置）。DINVA[1]控制DQA[35:18]（對于x36的配置）或DQA[17:9]（對于x18的配置）。同樣，DINVB[0]控制x36配置中的DQB[17:0]或x18配置中的DQB[8:0]。DINVB[1]控制x36配置中的DQB[35:18]或x18配置中的DQA[17:9]。

表8顯示的是DINV位說明以及x18和x36 QDR-IV選項的DINVA設置條件。

表8. 數(shù)據總線翻轉條件

注意：可以對DINVA[1]、DINVB[0]以及DINVB[1]使用相同的翻轉邏輯，以便控制相應的DQ組。

x18器件的示例

不進行數(shù)據總線翻轉：
假設需要分別發(fā)送DQA[8:0]上的9’h 007和9’h 1F3。6個數(shù)據引腳需要在第一個和第二個DQA[8:0]位的邏輯狀態(tài)之間進行切換，如下表所示（紅色單元格顯示）。這樣會增大數(shù)據引腳上的切換噪聲、I/O電流以及串擾。

表9. 數(shù)據總線序列（不進行總線翻轉）

進行數(shù)據總線翻轉：

根據表8，第一個DQA[8:0]滿足翻轉邏輯條件。因此，存儲器控制器發(fā)送第一個DQA[8:0]前，它會將引腳地址從9’h 007翻轉為9’h 1F8，并將DINVA[0]引腳設置為1。由于第二個DQA[8:0]不需要翻轉，所以存儲器控制器可以直接發(fā)送它，并將DINVA[0]設置為0。

表10顯示的是數(shù)據總線翻轉的結果。在這種情況下，只有3個數(shù)據引腳需要切換邏輯（紅色單元格顯示）。切換位的總數(shù)降低為3，所以降低了SSO的噪聲、I/O電流以及串擾。

表10. 數(shù)據總線序列（進行總線翻轉）

地址奇偶校驗

QDR-IV只有一條地址總線，但其以雙倍數(shù)據速率和高頻率運行。因此，地址奇偶校驗輸入（AP）和地址奇偶校驗錯誤標志輸出（PE＃）引腳提供了片上地址奇偶校驗功能，以便能夠確保地址總線完整性。地址奇偶校驗功能是可選的；可以使用配置寄存器來啟用或禁用它。

通過該AP引腳可以在各地址引腳（An到A0）上進行偶校驗。設置AP值，使AP和An-A0中邏輯“1”的總數(shù)為偶數(shù)。

對于數(shù)據總線寬度為x18的器件，設置AP值，使A[21:0]和AP中邏輯“1”的總數(shù)為偶數(shù)。

對于數(shù)據總線寬度為x36的器件，設置AP值，使A[20:0]和AP中邏輯“1”的總數(shù)為偶數(shù)。

器件的示例
以數(shù)據總線寬度為x36的器件的21’h1E0000和21’h1F0000地址為示例。表11顯示的是如何為每個地址設置AP值。

表11. 地址奇偶功能

當發(fā)生奇偶錯誤時，在配置寄存器4、5、6和7中（請查看相關數(shù)據手冊，了解有關配置寄存器的更多信息）記錄第一個錯誤的完整地址以及端口A/B錯誤位和地址翻轉位。端口A/B錯誤位表示發(fā)生地址奇偶錯誤的端口：0表示端口A，1表示端口B。持續(xù)鎖存該信息，直到向配置寄存器3中的地址奇偶錯誤清除位寫入1來清除該信息為止。

通過兩個計數(shù)器，可以表示是否發(fā)生了多個地址奇偶錯誤。端口A錯誤計數(shù)是端口A地址上奇偶錯誤數(shù)量的運行計數(shù)器。同樣，端口B錯誤計數(shù)是端口b地址上奇偶錯誤數(shù)量的運行計數(shù)器。每個計數(shù)器獨立計數(shù)到最大值（3），然后將停止計數(shù)。這些計數(shù)器均是自由運行的；對配置寄存器3的地址奇偶錯誤清除位寫入1，可將其復位。

檢測到地址奇偶錯誤后，寫操作就會被忽略，以防止損壞存儲器。但是，如果輸入地址錯誤，仍會繼續(xù)執(zhí)行讀操作，但存儲器會發(fā)送出假數(shù)據。

PE#為低電平有效信號，表示地址奇偶錯誤。檢測到地址奇偶錯誤后，PE#信號在8個周期（QDR-IV XP SRAM）或5個周期（QDR-IV HP SRAM）內被設置為0。它將保持置位狀態(tài)，直到通過配置寄存器清除了錯誤為止。處理完地址翻轉便表示完成了地址奇偶檢查。

PE#轉為低電平后，會停止存儲器操作，并使用配置寄存器將PE#復位為高電平。此外，由于發(fā)生AP錯誤的寫操作也被阻止，所以需要向存儲器重新編寫數(shù)據。

在本系列第三部分，我們將探討校正問題，其中包括矯正訓練、控制/地址校正和讀寫校正，以及糾錯碼（ECC）和QDR-IV存儲器控制器的設計建議。