AMBA-AHB總線(xiàn)SDRAM控制器的設計

　　AMBA 2.0總線(xiàn)為嵌入式微控制器定義了一套片上總線(xiàn)標準，因此本設計是獨立設計的基于該規范的外圍IP.

　　4 SDRAM 控制器系統設計架構

　　SDRAM 控制器與AHB 總線(xiàn)接口在整個(gè)系統中的連接關(guān)系如圖3所示。

　　4.1 AHB-slave總線(xiàn)接口電路

　　AHB-slave總線(xiàn)接口電路用來(lái)實(shí)現SDRAM 控制邏輯與AHB-master之間的信號傳輸。

　　按照AMBA 總線(xiàn)規范要求，AHB 總線(xiàn)從設備（slave）在總線(xiàn)時(shí)鐘上升沿，HREADY信號（由從設備發(fā)出）為高的情況下，必須鎖存來(lái)自AHB總線(xiàn)的總線(xiàn)控制信號、數據信號、地址信號等，以供內部譯碼模塊以及其他各模塊使用。

　　4.2 總線(xiàn)地址譯碼

　　AHB 總線(xiàn)可以?huà)於鄠€(gè)從設備，如圖3 所示的從機A,從機B.因此在一次讀寫(xiě)操作中，需要對來(lái)自總線(xiàn)的讀寫(xiě)地址進(jìn)行譯碼，以判斷總線(xiàn)是對哪個(gè)從設備進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，并產(chǎn)生相應的內部片選信號。

　　4.3 SDRAM控制器

　　SDRAM 控制器由5個(gè)模塊組成：SDRAM 控制器模塊、控制接口模塊、命令解析模塊、地址數據復用總線(xiàn)模塊和數據通路模塊。SDRAM 控制器模塊是頂層模塊，通過(guò)例化其他4個(gè)子模塊將其連成一個(gè)整體。

　　4.3.1 控制接口模塊

　　控制接口模塊對來(lái)自AHB 總線(xiàn)信號和SDRAM 控制寄存器的信號解碼并寄存，傳送已經(jīng)解碼的NOP、WRITEA、READA、REFRESH、PRECHARGE 和LOAD_MODE命令和ADDR給命令解析模塊。

　　控制接口模塊還含有一個(gè)用于給命令解析模塊產(chǎn)生周期刷新命令的刷新電路，用于給命令模塊發(fā)送刷新請求。收到命令模塊的刷新請求后，減法計數器重新裝入數值，重復以上過(guò)程。

　　本設計所使用的MT48LC16M4A2 型號SDRAM 存儲器具有每64 ms刷新4 096次的要求，因此由64 ms/4 096=15.625 09 μs知，器件必須至少每15.625 09 μs刷新一次。假如存儲器和SDRAM控制器工作在100 MHz的時(shí)鐘周期下，那么刷新間隔周期的最大數值是15.625 μs/0.01 μs=1 562 d.

　　4.3.2 命令解析模塊

　　命令解析模塊接收控制接口模塊輸出的已經(jīng)解碼的命令和周期性輸出的刷新請求，產(chǎn)生合適的命令給SDRAM器件。從刷新控制邏輯電路發(fā)出的刷新請求比主機接口的命令的優(yōu)先級別高，因此模塊還含有一個(gè)簡(jiǎn)易的仲裁電路，用于仲裁主機的命令和刷新控制邏輯所產(chǎn)生的刷新請求。

　　在仲裁電路已經(jīng)接受主機命令后，命令被送到模塊的命令發(fā)生器部分，命令模塊使用3個(gè)移位寄存器來(lái)產(chǎn)生命令之間的時(shí)序，一個(gè)移位寄存器用于控制ACT 命令；第二個(gè)用于控制讀或寫(xiě)命令發(fā)出的時(shí)間；第三個(gè)用于對命令的持續時(shí)間定時(shí)，這樣仲裁其就可以判斷最近請求的操作是否已經(jīng)完成。

　　命令解析模塊所產(chǎn)生的輸出信號OE用于控制數據通路模塊的輸入數據通路的三態(tài)緩沖。

　　4.3.3 地址數據復用總線(xiàn)模塊

　　該模塊實(shí)現SDRAM的地址復用，地址的行部分在A(yíng)CT（RAS）命令時(shí)復用到SDRAM輸出的A[11:0],地址的列部分在讀（CAS）或寫(xiě)命令時(shí)復用到SDRAM地址線(xiàn)上。

　　4.3.4 數據通路模塊

　　數據通路模塊提供了SDRAM和主機之間的數據接口，負責SDRAM控制器與外部SDRAM存儲器之間的數據交換，具體說(shuō)就是在對SDRAM寫(xiě)操作時(shí)將來(lái)自AHB總線(xiàn)的數據放到外部數據線(xiàn)上，在對SDRAM讀操作時(shí)，將來(lái)自SDRAM的數據正確送到AHB總線(xiàn)上。

　　5 設計實(shí)現與仿真結果

　　本文使用Micron 公司提供的型號為MT48LC16M4A2 的Verilog 仿真模型進(jìn)行仿真驗證，證明了設計的正確性。仿真結果如圖4,圖5所示，圖4是SDRAM寫(xiě)操作的仿真時(shí)序圖，即將AHB總線(xiàn)控制操作轉化成SDRAM 寫(xiě)操作指令；圖5 表示的是將寫(xiě)入SDRAM的數據連續讀出的仿真時(shí)序。

　　6 結語(yǔ)

　　本方案設計了一個(gè)基于A(yíng)MBA-AHB 總線(xiàn)的SDRAM控制器，將AMBA-AHB 總線(xiàn)的控制操作轉化成了符合SDRAM 操作規范的控制指令，最后的仿真波形證實(shí)了該設計的正確性。