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
) m4 `* P2 C. L1 `7 t9 E$ c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
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
热点，是相当有意义和价值的。
8 r6 S5 X. v$ L2 r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
% I, [, f0 W) R2 k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
, o2 V' H: s/ @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，
% v0 P" z3 E8 ]" B  Y% P1 |: x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
) _* q8 \( b- @/ L8 g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，
. u. {8 `! ]9 ]" n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
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。
0 @( i. l8 _% H. R" q本文首先介绍了DDRII SDRAM的工作时序特性与DDRIISDRAM控制器的
/ z% c0 Y) v+ W8 f% z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
1 H; _1 G: n3 s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
1 I' e4 p5 A1 V0 ]7 Y) h! `( w9 o1 h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


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
/ Z  N$ q/ [$ T8 v! D' A' ~! ^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
' h  r5 w& D9 v) ]6 u" U: i0 ?速增加。而SDRAM由早期的66Mhz，发展到后来的100Mhz，133Mhz，工作频
; [( r* r5 V$ V9 y. {, [# p0 ^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
7 N* P" S6 O9 S3 Q) `! y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，
! @; Z! a2 ?# d* a  q6 D4 c+ @频率也提高到200Mhz，在提升性能地同时又不造成能耗的增加。
9 u8 D) [% J, o+ y9 J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
: {8 l" g& [. O# X* _; |6 |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
! @, j" j2 l  ]; E5 l0 I# j* h5 W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
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
4 b- m+ x. F2 R# C; g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