基于FPGA的DDR3讀寫測(cè)試

本文介紹一個(gè)FPGA開源項(xiàng)目：DDR3讀寫。該工程基于MIG控制器IP核對(duì)FPGA DDR3實(shí)現(xiàn)讀寫操作。

MIG控制器支持兩種接口：(1)簡單用戶控制邏輯接口；(2)AXI接口。該工程采用前者，后面會(huì)整理DDR3的AXI總線訪問方法。

下面簡單介紹一下MIG控制器IP核的使用以及FPGA板上測(cè)試結(jié)果。

01軟硬件平臺(tái)

• 軟件平臺(tái)：Vivado 2017.4;
• 硬件平臺(tái)：XC7A35TFTG256-1;

02IP核參數(shù)配置

MIG（Memory Interface Generator）IP核提供了用戶接口邏輯，以便于實(shí)現(xiàn)對(duì)DDR的訪問。有關(guān)MIG的詳細(xì)描述，可以參考官方文檔：ug586。這里不展開介紹。

接口配置界面，保持默認(rèn)選項(xiàng)。

• Clock Period：配置主時(shí)鐘頻率，這里選擇400M。由于DDR是雙沿工作，所以讀寫速率為400M2Data Width(16bits)；
• 主時(shí)鐘頻率和用戶時(shí)鐘頻率比例：4：1，因此生成的用戶時(shí)鐘為100M；
• Memory Part：配置DDR參數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況選擇；
• Data Mask：如果選用的DDR帶有data mask就選上，并將信號(hào)拉低，表示不屏蔽數(shù)據(jù)接口；

Input Clock Period：輸入時(shí)鐘，這里選擇200M。

• System Clock：No Buffer；
• Reference Clock：使用系統(tǒng)時(shí)鐘；
• 系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)：低電平有效；

讀取XDC文件管腳配置，并點(diǎn)擊validate，進(jìn)行校驗(yàn)。

系統(tǒng)信號(hào)選擇不用配置，保持默認(rèn)選項(xiàng)即可。

03用戶接口 & 讀寫時(shí)序

MIG IP產(chǎn)生的用戶接口信號(hào)是以app_*格式命名：

input  [127:0] app_rd_data;      //讀數(shù)據(jù)
input          app_rd_data_end;  //讀數(shù)據(jù)結(jié)束
input          app_rd_data_valid;//讀數(shù)據(jù)有效
input          app_rdy;          //MIG控制器準(zhǔn)備好讀寫
input          app_wdf_rdy;      //MIG控制器準(zhǔn)備好寫
output [27:0]  app_addr;         //讀寫地址
output [2:0]   app_cmd;          //讀寫命令
output         app_en;           //控制命令使能
output [127:0] app_wdf_data;     //寫數(shù)據(jù)
output         app_wdf_end;      //寫數(shù)據(jù)結(jié)束 
output         app_wdf_wren;     //寫數(shù)據(jù)使能

DDR寫時(shí)序如下圖所示。邏輯比較簡單，將所有信號(hào)嚴(yán)格對(duì)齊即可。但有一個(gè)需要注意的地方，就是當(dāng) app_rdy 和 app_wdf_rdy 都為高的時(shí)候，才能同時(shí)拉高 app_en ，這時(shí)寫入的數(shù)據(jù)才有效。

DDR讀時(shí)序如下圖所示。app_cmd、app_addr、app_en、app_rdy信號(hào)嚴(yán)格對(duì)齊即可，但是同樣需要在 app_rdy 拉高的情況下，才能拉高 app_en 。另外，數(shù)據(jù)讀出會(huì)略有延遲。

04Vivado工程源碼結(jié)構(gòu)

本工程源碼結(jié)構(gòu)如下圖所示。

• ddr_ctrl：ddr用戶接口讀寫控制模塊；
• clk_wiz_0：產(chǎn)生200M時(shí)鐘供MIG IP使用;
• time_ref：系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)模塊，以1s為周期計(jì)數(shù);

05實(shí)現(xiàn)功能 & 測(cè)試結(jié)果

該Vivado工程主要用于FPGA DDR3讀寫功能測(cè)試?；谟脩艨刂七壿嫿涌?，以1s為周期，每周期內(nèi)完成1次讀寫操作。板上測(cè)試1次讀寫操作的結(jié)果如下圖所示。