DDRⅡ SDRAM控制器设计实现

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摘要：近年来，随着通信、计算机和多媒体技术的日益进步，对大数据流的存储和
5 U: R- M/ O. c" `* d4 u处理提出了更高的要求。DDRII SDRAM作为第二代DDR技术，已经广泛地应
" o% [2 a& @- \( m, F# v, y& {用在各个领域，极大地满足了系统存储的需求，对于它的控制器的研究已经成为
. M1 n9 M0 F9 E' _$ ]热点，是相当有意义和价值的。
本文中设计的DDRII SDRAM控制器负责连接系统和外接的内存,根据系统
% X- F7 N; Z* L! E- i的要求访问DDRII SDRAM内存，读写数据。控制器设计代码量较大，在Data Path
上存在多路数据调度，多命令调度和多时钟域问题，其设计的好坏在后期的频率
: d) R5 O/ e$ `& v9 O, }/ v; ^; e$ ?提升、兼容性测试和性能验证中被证实有很大的影响。从频率和性能角度出发，
+ x4 }; F1 w  w, I9 r本次设计的DDRII SDRAM控制器，将DDRII内存内部的bank读写信息变为可
- z8 C8 [6 m% L见，地址映射以Bank地址为低地址，控制时序不用状态机而改用移位寄存器，
在考虑其功能的正确性同时，实现跨命令时序优化，提高了控制器频率，避免了
逻辑路径延时太大，达到了较高的带宽利用率和性能。同时为保证在整合到系统
中时，控制器能稳定工作，详细分析了控制器采集数据的时序窗口，在data path
2 Q+ n& w6 k5 g" n6 ?* ~# f/ O- j上实现了延迟可配置性。并且加入了低功耗模块的设计，在DDRII内存长时间
不被访问时，控制器会自动使内存进入低功耗模式，减少了功耗。
本文首先介绍了DDRII SDRAM的工作时序特性与DDRIISDRAM控制器的
! _  q/ @" M5 X. \2 s% T功能、要求，然后例举了目前业界的较为普遍的设计架构，提出了本次的设计方
安，详细阐述了DDRII SDRAM控制器设计实现与验证，并与 Altera公司的控制
9 o- [, H+ B2 P7 E器进行了性能与带宽的分析和比较，证明本次设计的性能要略优于Altera公
# g! K" N0 w. C: j! a6 m司的控制器IP，达到了较高的水平。
关键词DRII SDRAM 控制器性能带宽调度移位寄存器

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  [% `; _) u- k, e( Y3 j/ i( Q近十年来，随着多媒体技术、通讯技术相结合的信息时代的快速发展，CPU
处理速度迅速提高和互联网的广泛应用，对内存的速度和各方面的性能的需求迅
, z& d8 f2 c! H8 F4 f" \速增加。而SDRAM由早期的66Mhz，发展到后来的100Mhz，133Mhz，工作频
率已经到了极限，成为了系统性能的瓶颈。到2001年，DDR（双倍数据率）技
术开始兴起，在时钟上下边沿各传输一次数据，使得数据率为SDRAM的两倍，
1 t9 |/ ]" G3 j) ?6 W频率也提高到200Mhz，在提升性能地同时又不造成能耗的增加。
但随着CPU计算速度的进一步提高，仅靠提高频率来提升带宽的DDR技术
+ V2 F" J: f1 p- o也开始力不从心。来到2003年底，DDRII技术开始进入人们的视线。DDRII 技
术是DDR技术的进一步发展，在保持上下边沿都传输数据的基本方式外，可以
将频率提升到40OMhz，也就是800Mhz的数据率，具有四倍预取能力，能以控
9 h. H# _2 `" A& G& {9 u+ N制总线的四倍频率工作，又降低了工作电压，极大的提升了内存的性能，也进一
步提升了系统的性能。目前DDRII SDRAM已经被广泛运用在各个邻域。
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DDRII SDRAM作为第二代DDR技术，已经广泛地应用在各个领域，极大地满足了系统存储的需求