使用QDR-IV設計高性能網(wǎng)絡(luò )系統之二

在本系列第一部分，我們探討了兩種類(lèi)型的QDR-IV存儲器、時(shí)鐘、讀/寫(xiě)操作和分組操作。在第二部分，我們將探討總線(xiàn)轉換、總線(xiàn)翻轉、地址奇偶校驗等重要的總線(xiàn)問(wèn)題。

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

想象下QDR-IV HP SRAM 中端口A(yíng) 先后收到寫(xiě)指令和讀指令。從CK 信號的上升沿（與初始化寫(xiě)指令周期相對應）算起，在整整三個(gè)時(shí)鐘周期后向DQA 引腳提供寫(xiě)數據。讀數據則將在下一個(gè)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(gè)時(shí)鐘周期后才能獲得數據。此外，為符合總線(xiàn)轉換時(shí)間和傳輸時(shí)延（從ASIC/FPGA 到QDR IV 存儲器），還有兩個(gè)額外周期。因此，啟動(dòng)寫(xiě)指令后，可以立即啟動(dòng)讀指令。

在其他情況下，如果先啟動(dòng)讀指令后啟動(dòng)寫(xiě)指令，那么發(fā)送讀指令經(jīng)過(guò)三個(gè)時(shí)鐘周期后，才能發(fā)送寫(xiě)指令。這是因為，從在時(shí)鐘信號CK 的上升沿上對讀指令進(jìn)行采樣算起，經(jīng)過(guò)五個(gè)周期后可獲得DQA 引腳上的讀數據，并且從在時(shí)鐘信號CK 的上 升沿上對寫(xiě)指令進(jìn)行采樣算起，在整三個(gè)時(shí)鐘周期內向DQA 引腳提供寫(xiě)數據。否則，將會(huì )發(fā)生總線(xiàn)沖突。因此，發(fā)送寫(xiě)指令后的最小時(shí)鐘周期應該為RL – WL + 1（RL：讀時(shí)延；WL：寫(xiě)時(shí)延；這兩個(gè)時(shí)延的單位為時(shí)鐘周期數）。另外一個(gè)時(shí)鐘周期用于正確捕獲數據并補償總線(xiàn)轉換時(shí)延（通常為一個(gè)時(shí)鐘周期）。

如果傳輸時(shí)延大于總線(xiàn)轉換時(shí)延，那么‘讀到寫(xiě)’指令間的間隔為：

“讀到寫(xiě)”指令間的時(shí)間周期 = 讀時(shí)延 – 寫(xiě)時(shí)延 + 1 + 傳輸時(shí)延

請參考圖7。發(fā)送讀指令經(jīng)過(guò)四個(gè)時(shí)鐘周期后，將發(fā)送端口A(yíng) 的寫(xiě)指令。這樣是為了避免因讀/寫(xiě)時(shí)延、總線(xiàn)轉換時(shí)間和傳輸時(shí)延間的差別而導致的總線(xiàn)沖突。

圖7. QDR-IV HP SRAM時(shí)序分析圖

總線(xiàn)翻轉
QDR-IV 器件支持總線(xiàn)翻轉以降低切換噪聲和I/O功耗。在存儲事務(wù)處理中，存儲器控制器和QDR-IV都可以選擇應用總線(xiàn)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(huì )耗電。因此，總線(xiàn)翻轉對于POD I/O 信號是一個(gè)很重要的性能。QDR-IV 會(huì )保證翻轉地址和數據總線(xiàn)的數據完整性。

使用芯片配置寄存器來(lái)啟用或禁用地址和數據總線(xiàn)翻轉功能。

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

地址總線(xiàn)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(xiàn)翻轉條件

x36器件示例

不進(jìn)行地址總線(xiàn)翻轉：
假設要訪(fǎng)問(wèn)的地址分別為22’h 000199和22’h 3FFCFF。17個(gè)地址引腳需要在第一個(gè)和第二個(gè)地址的邏輯狀態(tài)間進(jìn)行切換，如下表所示（紅色單元格顯示）。這樣會(huì )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(xiàn)序列（未進(jìn)行總線(xiàn)翻轉）

進(jìn)行地址總線(xiàn)翻轉：
根據表5顯示，第一個(gè)地址組（22h 000199）滿(mǎn)足翻轉邏輯條件。因此，存儲器控制器發(fā)送第一個(gè)地址組前，它會(huì )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(gè)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(xiàn)翻轉的結果。在這種情況下，只有5個(gè)地址引腳需要切換邏輯（紅色單元格顯示）。切換位的總數降低為5，所以降低了由于同時(shí)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(xiàn)序列（進(jìn)行總線(xiàn)翻轉）

數據總線(xiàn)翻轉

數據總線(xiàn)翻轉在數據線(xiàn)路中也類(lèi)似，但翻轉位由存儲器控制器在存儲器寫(xiě)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(shí)，將翻轉數據總線(xiàn)；當DINV = 0時(shí)，不翻轉數據總線(xiàn)。

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(shuō)明以及x18和x36 QDR-IV選項的DINVA設置條件。

表8. 數據總線(xiàn)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(jìn)行數據總線(xiàn)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(gè)數據引腳需要在第一個(gè)和第二個(gè)DQA[8:0]位的邏輯狀態(tài)之間進(jìn)行切換，如下表所示（紅色單元格顯示）。這樣會(huì )增大數據引腳上的切換噪聲、I/O電流以及串擾。

表9. 數據總線(xiàn)序列（不進(jìn)行總線(xiàn)翻轉）

進(jìn)行數據總線(xiàn)翻轉：

根據表8，第一個(gè)DQA[8:0]滿(mǎn)足翻轉邏輯條件。因此，存儲器控制器發(fā)送第一個(gè)DQA[8:0]前，它會(huì )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(gè)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顯示的是數據總線(xiàn)翻轉的結果。在這種情況下，只有3個(gè)數據引腳需要切換邏輯（紅色單元格顯示）。切換位的總數降低為3，所以降低了SSO的噪聲、I/O電流以及串擾。

表10. 數據總線(xiàn)序列（進(jìn)行總線(xiàn)翻轉）

地址奇偶校驗

QDR-IV只有一條地址總線(xiàn)，但其以雙倍數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(xiàn)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(lái)啟用或禁用它。

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

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

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

器件的示例
以數據總線(xiàn)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(gè)地址設置AP值。

表11. 地址奇偶功能

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

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

檢測到地址奇偶錯誤后，寫(xiě)操作就會(huì )被忽略，以防止損壞存儲器。但是，如果輸入地址錯誤，仍會(huì )繼續執行讀操作，但存儲器會(huì )發(fā)送出假數據。

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(gè)周期（QDR-IV XP SRAM）或5個(gè)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(guò)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(huì )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(xiě)操作也被阻止，所以需要向存儲器重新編寫(xiě)數據。

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