變不可能為可能：如何實(shí)現(xiàn)DSP和SDRAM數(shù)據(jù)讀取

在DSP 應(yīng)用系統(tǒng)中，需要大量外擴(kuò)存儲(chǔ)器的情況經(jīng)常遇到。例如，在數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)中，為了將現(xiàn)場(chǎng)拍攝的諸多圖片或圖像暫存下來(lái)，需要將 DSP 處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到外存中以備后用。從目前的存儲(chǔ)器市場(chǎng)看，SDRAM 由于其性能價(jià)格比的優(yōu)勢(shì)，而被 DSP 開發(fā)者所青睞。DSP 與 SDRAM 直接接口是不可能的。

FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）由于其具有使用靈活、執(zhí)行速度快、開發(fā)工具豐富的特點(diǎn)而越來(lái)越多地出現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)電路設(shè)計(jì)中。本文用 FPGA 作為接口芯片，提供控制信號(hào)和定時(shí)信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn) DSP 到 SDRAM 的數(shù)據(jù)存取。

1 、SDRAM 介紹

本文采用的 SDRAM 為 TMS626812A，圖 1 為其功能框圖。它內(nèi)部分為兩條，每條 1M 字節(jié)，數(shù)據(jù)寬度為 8 位，故存儲(chǔ)總?cè)萘繛?2M 字節(jié)。

所有輸入和輸出操作都是在時(shí)鐘 CLK 上升沿的作用下進(jìn)行的，刷新時(shí)鐘交替刷新內(nèi)部的兩條 RAM。TMS626812A 主要有六條控制命令，它們是：條激尖 / 行地址入口、列地址入口 / 寫操作、列地址入口 / 讀操作、條無(wú)效、自動(dòng)刷新、自動(dòng)刷新。SDRAM 與 TMS320C54x 接口中用到的命令主要有：MRS、DEAC、ACTV、WRT-P、READ-P 和 REFR。這里，設(shè)計(jì)目的就是產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)滿足這些命令的時(shí)序要求。關(guān)于 TMS626812A 的具體說(shuō)明可以查看其數(shù)據(jù)手冊(cè)。

2 、SDRAM 與 TMS320C54x 之間的通用接口

圖 2 是 DSP 與 SDRAM 的通用接口框圖，圖中 DSP I/F 代表 TMS320C54x 端接口單元，SDRAM CNTL 代表 SDRAM 端接口控制單元。SDRAM 被設(shè)置成一次性讀寫 128 個(gè)字節(jié)，而 DSP 一次只讀寫一個(gè)字節(jié)，因而建立了兩個(gè)緩沖區(qū) B0、B1 來(lái)緩存和中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。B0、B1 大小都為 128 字節(jié)，而且映射到 DSP 中的同一地址空間。

盡管 B0、B1 對(duì)應(yīng)于同一地址空間，但對(duì)兩個(gè)緩沖區(qū)不能在同一時(shí)刻進(jìn)行合法訪問(wèn)。實(shí)際上，當(dāng) B0 被 DSP 訪問(wèn)時(shí)，B1 就被 SDRAM 訪問(wèn)，反之也成立。若 DSP 向 B1 寫數(shù)據(jù)，SDRAM 就從 B0 讀數(shù)據(jù)；而當(dāng) SDRAM 的數(shù)據(jù)寫到 B0 中時(shí)，DSP 就從 B1 讀數(shù)據(jù)。兩者同時(shí)從同一緩沖區(qū)讀或?qū)懚紝⒓ぐl(fā)錯(cuò)誤。上邊所述的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移方式有兩種好處：一是加速了 TMS320C54x 的訪問(wèn)速度，二是解決了二者之間的時(shí)鐘不同步問(wèn)題。

3 、FPGA 中的硬件設(shè)計(jì)

TMS320C54x 為外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展提供了下列信號(hào)：CLK、CS、AO～A15、D0～D15、RW、MATRB、ISTRB、IS，而 SDRAM 接收下列信號(hào)：CLK、CKE、CS、CQM、W、RAS、CAS、A0～A11。由于兩端控制信號(hào)不同，需要在 DSP 與 SDRAM 之間加上控制邏輯，以便將從 DSP 過(guò)來(lái)的信號(hào)解釋成 SDRAM 能夠接收的信號(hào)，圖 3 是用 FPGA 設(shè)計(jì)的頂層硬件接口圖。

圖中主要由三個(gè)模塊：DSP-IQ、DMA-BUF 和 SD-CMD。其中 DSP-IO 是 DSP 端的接口，用來(lái)解碼 TMS320C54x 發(fā)送的 SDRAM 地址和命令。DMA-BUF 代表緩沖區(qū) BO、B1。SＤ_CMD 模塊用來(lái)產(chǎn)生 SDRAM 訪問(wèn)所需的各種信號(hào)。

DSP_IO 模塊又包括 IO_DMA、DSP_BUF 和 DSP_READ。IO_DMA 產(chǎn)生 SDRAM 的命令信號(hào)，即圖 3 中的 DSP_RDY、DSP_SD_RW、DSP_SD_BANK_SW、DSP_SD_ADDR［20..0］、DSP_SD_ADDR_RESET、DSP_SD_START。DSP_BUF 產(chǎn)生訪問(wèn) B0、B1 的地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，圖 3 中指 DSP_SD_BUFCLKI、DSP_SD_BUFCLKO、DSP_SD_BUFWE、DSP_SD_BUFADDR［6..0］、DSP_SD_BUFIN［7..0］。DSP-READ 子模塊用來(lái)控制 DSP 的讀寫方向。

DMA_BUF 分為 B0、B1 兩個(gè)緩沖區(qū)，用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，每個(gè)緩沖區(qū)的輸入輸出信號(hào)包括：CLKI、CLKO、WE、ADDR［6-0］、DATA_IN［7-0］、DATA_OUT［7-0］。BANK_SW 是一個(gè)開關(guān)信號(hào)，用于 DSP 和 SDRAM 對(duì) B0、B1 的切換訪問(wèn)。

SD_CMD 模塊包括刷新、讀、寫功能。當(dāng) DSP 芯片發(fā)出 SDRAM 讀命令時(shí)，128 字節(jié)的數(shù)據(jù)從 SDRAM 中讀出來(lái)并被存儲(chǔ)到 B0 或 B1 中，當(dāng) DSP 發(fā)出寫命令之時(shí)，128 字節(jié)的數(shù)據(jù)傳到 B0 或 B1 之中并被最終寫到 SDRAM 中。

4 、軟件設(shè)計(jì)

TMS626812A SDRAM 有兩兆字節(jié)的存儲(chǔ)容量。所以 DSP 用兩個(gè) I/O 地址向 FPGA 傳送訪問(wèn) SDRAM 的高低地址。此文中，該兩個(gè) I/O 地址對(duì)應(yīng)用圖 4 中的 03h（DMA_ADDH）和 04h（DMA_ADDL）。另外，還有一個(gè) I/O 地址（圖 4 中的 05h）用來(lái)向 FPGA 傳送命令產(chǎn)生 SDRAM 訪問(wèn)的信號(hào)。

DSP 向 SDRAM 寫數(shù)據(jù)時(shí)的操作步驟如下：

（1）數(shù)據(jù)先被寫到 B0 或 B1。

（2）SDRAM 的訪問(wèn)地址經(jīng)由 DSP 的 I/O 地址 DMA_ADDH 和 DMA_ADDL 發(fā)送到 FPGA 中。

（3）DSP 向 FPGA 發(fā)出一個(gè)命令（I/O 地址為 DMA_CTL）產(chǎn)生控制信號(hào)，使 SDRAM 從 B0 或 B1 中讀取數(shù)值。

DSP 從 SDRAM 讀數(shù)據(jù)的操作步驟如下：

（1）DSP 傳送訪問(wèn) SDRAM 的地址。

（2）DSP 經(jīng)由 FPGA 傳送一個(gè)命令，使得數(shù)據(jù)從 SDRAM 中讀到 FPGA 中。

（3）DSP 從 B0 或 B1 中讀得數(shù)據(jù)。

圖 4 為 DSP 中與數(shù)據(jù)傳送相關(guān)的各類存儲(chǔ)器的分配情況。

具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)參考相關(guān)資料進(jìn)行補(bǔ)充。不同的 DSP 與不同類型的 SDRAM 接口時(shí)，會(huì)有細(xì)微的區(qū)別，電路設(shè)計(jì)完畢后要進(jìn)行認(rèn)真而多方面的測(cè)試。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：將FPGA作為接口芯片，如何實(shí)現(xiàn)DSP和SDRAM數(shù)據(jù)讀取？

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