FPGA為什么要使用SDRAM
2020-06-24 09:21:04
SDRAM有一個同步接口，在響應控制輸入前會等待一個時鐘信號，這樣就能和計算機的系統總線 同步。時鐘被用來驅動一個有限狀態機，對進入的指令進行管線(Pipeline)操作。這使得SDRAM與沒有同步接口的異步DRAM相比，可以有一個更復雜的操作模式。
管線 意味著芯片可以在處理完之前的指令前，接受一個新的指令 。在一個寫入的管線 中，寫入命令在另一個指令執行完之后可以立刻執行，而不需要等待數據寫入存儲隊列的時間。在一個讀取的流水線中，需要的數據 在讀取指令發出之后固定數量的時鐘頻率后到達，而這個等待的過程可以發出其它附加指令。這種延遲被稱為等待時間(Latency)，在為計算機購買內存時是一個很重要的參數。
SDRAM在計算機中被廣泛使用，從起初的SDRAM到之后一代的DDR（或稱DDR1），然后是DDR2 和DDR3 進入大眾市場，2015年開始DDR4進入消費市場。如UMI型號 UD408G5S1AF的一款8Gb 32位 DDR4 SDRAM，是一款支持使用在英特爾Arria 10 SoC FPGA以及Kintex Ultrascale FPGA中的存儲器。32位 DDR4 SDRAM非常適合邊緣類計算，或對PCB面積有緊湊要求的深度學習計算設備。
為什么要使用內存控制器？
動態內存的驅動比靜態內存的驅動更加復雜...我們需要行，列和存儲體以及刷新周期來處理。但是由于SDRAM的高速性和低單位成本使其引人注目。
因此我們需要的是一種訪問SDRAM的方法，但是要易于使用靜態內存。這就是創建內存控制器的原因。它們充當轉換層：一方面，它們為用戶提供了易于使用的內存接口，然后進行了繁瑣的工作來驅動真實的SDRAM信號。
SDRAM引腳
如果我們看一下SDRAM的引腳，那么會有一些新來者。
地址和數據總線仍然存在，但是地址總線只有11位（用于提供要打開的行，然后提供列地址）。BA引腳指定了存儲區（由于在我們的示例中只有2個存儲區，因此我們僅需要一個引腳）。WE，CAS和RAS一起用作命令引腳，因此我們可以向SDRAM發送8個不同的命令（命令包括“打開行”，“讀取”，“寫入”和“關閉行”）。使用了其他一些引腳（但未在圖片上顯示），例如時鐘，片選，字節使能...
請注意，在動態內存中，“打開行”稱為激活，“關閉行”稱為預充電。
刷新
SDRAM是動態存儲器：由于每個存儲器位值（0或1）都保存在一個微小的電容器中，電荷隨時間衰減，因此需要定期刷新其內容。但是衰減率足夠低，只要定期對其進行讀取和重新寫入（“刷新”），制造商就可以保證不會丟失任何數據。
有兩種刷新機制
· FPGA將“自動刷新”命令發送到SDRAM。
只要確保它定期完成（SDRAM數據表會告訴您最小刷新頻率）。
· FPGA“經常”訪問每一行。
打開一行會導致SDRAM中的“感測放大器”獲得該行所有電容器電荷的副本。然后，當該行關閉時，較早檢測到的值將被復制回電容器中，從而刷新過程中的數據。
本文關鍵詞：32位 DDR4 SDRAM FPGA
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