使用Xilinx的Spartan-6 FPGA作DDR芯片測試

目前廣泛使用的計算機內存芯片是DDR(雙倍數據率同步動態隨機存儲器)[1]。它的最新品種DDR3單片容量已經可以達到2Gb以上，數據率可以達到1.6Gb/s以上[2]，因此如何快速準確判定DDR芯片的好壞(功能測試)就很必要。

由于DDR這類芯片的設置和讀寫時序相當復雜，要在其性能所達到的高速條件下對其進行測試，許多人選用的技術方法是：直接把它們放到計算機的內存專用插座上，編一個相應的程序去進行測試。這不失為一種最簡單的選擇。但由于在測試過程中，計算機讀取相應的指令還要花費不少時間，所以在芯片容量越來越大的情況下，這并不是一個好方法。

使用FPGA，將測試軟件變成硬件，做成DDR專用測試工具，是提高測試效率的較好的選擇。一開始設計的DDR專用測試工具是使用Xilinx公司的Spartan-3E來實現的，但是很快發現：無論如何進行設計約束，諸多的地址信號、控制信號和數據信號很難做到同步送出，信號時延的離散范圍很難達到0.2ns以下。對于數據率在200Mb/s以下的早期DDR產品，這勉強可以接受。但目前DDR2的數據率已經可以高達800Mb/s，也就是說，按相位角算，離散范圍已達60°。為了保證上述有關信號的同步，不得不在FPGA與DDR相連接的所有信號線之間，增加了用CPLD器件做成的同步接口，利用CPLD器件端口到端口具有一致的延時特性來保證所有信號時間上的一致性。

對于Xilinx公司的Spartan-6系列[3]，由于它有專為各類DDR內存設計的存儲器控制模塊(MCB)，用戶可以利用提供的存儲器控制模塊，直接驅動DDR芯片，大大方便了與DDR的接口。

在我們新的DDR專用測試工具“DDR存儲芯片測試儀”中，使用Spartan-6系列的XC6SLX16芯片，按照該公司的ug416.pdf文件[4]的指引，用CORE Generator軟件中的MIG3.4分別產生了DDR2和DDR3兩種類型的應用文件，包括DDR的基層MCB控制模塊的應用文件，和它們的高層次使用舉例文件example_top。后者本身就是一個DDR的測試程序，它向你顯示如何實現與基層MCB控制模塊接口。我們在它的基礎上增加了一些測試模式，并增加了測試設置寄存器和測試結果狀態寄存器，用一個宏晶公司的STC12C5408單片機作為整個DDR芯片測試設備的管理器，經串行口與主機通信，很順利地實現了對DDR2、DDR3芯片的測試。