智多晶DDR Controller介紹

第一期

智多晶DDR Controller介紹

本期主要介紹智多晶DDR Controller的常見應(yīng)用領(lǐng)域、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、各模塊功能、配置界面、配置參數(shù)等內(nèi)容。

01智多晶DDR Controller應(yīng)用領(lǐng)域

1.1工控領(lǐng)域

在工業(yè)控制系統(tǒng)中，設(shè)備需要長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求極高。智多晶DDR Controller的高可靠性和精準(zhǔn)時(shí)序控制能力，使其成為工控領(lǐng)域的理想選擇。例如，在PLC（可編程邏輯控制器）中，它能夠快速響應(yīng)各種傳感器信號(hào)，實(shí)時(shí)處理和存儲(chǔ)大量的控制數(shù)據(jù)，確保生產(chǎn)設(shè)備的精準(zhǔn)控制和高效運(yùn)行。此外，智多晶的SEAL 5000的SA5Z-30、SA5Z-50、SA5Z-100等FPGA器件內(nèi)置了ARM核和DDR Controller，這種一體化的設(shè)計(jì)不僅提高了系統(tǒng)的集成度，還降低了功耗和成本。在一些復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)化場景中，如機(jī)器人控制、智能工廠的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)等，這種FPGA內(nèi)置DDR Controller的方案能夠?qū)崿F(xiàn)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，將控制流與算法流分開處理，大幅提升運(yùn)算速度和系統(tǒng)性能，同時(shí)兼顧了性能和成本的平衡。

1.2通信領(lǐng)域

隨著5G、6G等高速通信技術(shù)的發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬的要求越來越高。智多晶DDR Controller支持多種高速接口和高性能DDR存儲(chǔ)，能夠滿足通信設(shè)備對(duì)大數(shù)據(jù)量快速存儲(chǔ)和讀取的需求。在基站設(shè)備中，它能夠高效處理大量的信號(hào)數(shù)據(jù)，支持高速的數(shù)據(jù)緩存和傳輸，確保信號(hào)的實(shí)時(shí)處理和發(fā)送。同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器等設(shè)備中，智多晶DDR Controller能夠快速調(diào)度和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和響應(yīng)速度，為用戶提供更流暢的通信體驗(yàn)。

1.3消費(fèi)電子領(lǐng)域

在手持設(shè)備等消費(fèi)電子產(chǎn)品中，用戶對(duì)設(shè)備的性能和功耗都非常關(guān)注。智多晶DDR Controller的高效數(shù)據(jù)傳輸能力和低功耗設(shè)計(jì)，使其能夠?yàn)檫@些設(shè)備提供強(qiáng)勁的性能支持。例如，在手持設(shè)備中，它能夠快速讀取和存儲(chǔ)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)、高清圖片和視頻等，提升設(shè)備的運(yùn)行速度和響應(yīng)能力。同時(shí)，通過優(yōu)化的時(shí)序控制和電源管理，有效降低了內(nèi)存訪問過程中的功耗，延長了設(shè)備的續(xù)航時(shí)間，讓用戶能夠更長時(shí)間地享受各種功能。

1.4汽車電子領(lǐng)域

隨著汽車智能化的發(fā)展，汽車電子系統(tǒng)需要處理越來越多的數(shù)據(jù)，如自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)中的圖像識(shí)別、傳感器數(shù)據(jù)融合等。智多晶DDR Controller的高可靠性和實(shí)時(shí)性，能夠滿足汽車電子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理的嚴(yán)格要求。在自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)中，它能夠快速處理來自攝像頭、雷達(dá)等傳感器的大量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)生成準(zhǔn)確的環(huán)境感知信息，為車輛的自動(dòng)駕駛決策提供有力支持。

02智多晶DDR Controller介紹

智多晶的Seal 5000系列FPGA芯片，內(nèi)置DDR Controller硬核。其中SA5Z-30系列中的D1_U213內(nèi)嵌了128Mb的DDR2顆粒、D2_U256內(nèi)嵌了512Mb的DDR2顆粒、D3_U256內(nèi)嵌了1Gb的DDR3顆粒；這對(duì)用戶來說，不但降低了設(shè)計(jì)的難度，也有助于降低系統(tǒng)功耗，有利于提升產(chǎn)品競爭力。SA5Z-30系列（D0_U324）、SA5Z-50系列、SA5T-100系列、SA5T-366系列，可以外掛DDR3顆粒，其中SA5T-366系列還支持外掛DDR4顆粒。

2.1 DDR Controller結(jié)構(gòu)框圖

DDR Controller結(jié)構(gòu)框圖，如圖一所示，其中user_interface模塊為DDR2/3 Controller的用戶接口部分，由軟邏輯實(shí)現(xiàn)；sdram_mem_top模塊DDR2/3 Controller的核心控制部分，由硬核實(shí)現(xiàn)；phy_io模塊是DDR2/3 Controller的模擬電路部分，由軟邏輯和原語實(shí)現(xiàn)。

圖一 DDR Controller結(jié)構(gòu)框圖

2.1.1各模塊功能簡述

user_interface模塊，采用類似于AXI-Stream總線的方式，通過ready、valid和last信號(hào)握手方式，實(shí)現(xiàn)命令和讀寫數(shù)據(jù)的控制。

AXI4_interface模塊（目前僅支持SA5T-100系列），采用標(biāo)準(zhǔn)的AXI4接口。

sdram_mem_top模塊包含：interface_fifo模塊、sdram_core模塊和sdram_phy模塊。sdram_phy模塊中包含Initialization Logic、Read Training Logic和Write Leveling Logic等子模塊。

phy_io模塊，在SA5Z-30器件DDR Controller使用ODDRx2/IDDRx2，其余器件DDR Controller使用ODDRx4/IDDRx4。

2.2 DDR Controller配置界面

圖二為智多晶DDR Controller的配置界面，可以看到包含一些必須的配置參數(shù)，方便客戶根據(jù)自己的硬件設(shè)計(jì)，靈活地配置；下面會(huì)對(duì)其配置參數(shù)做詳細(xì)的介紹。

圖二 DDR Controller配置界面

2.3 DDR Controller配置界面參數(shù)含義

2.3.1 器件選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)中使用的芯片，可以選擇為SA5Z-30、SA5Z-50、SA5T-100、SA5T-336。

2.3.2 DDR 類型

DDR 類型，可以選擇為 DDR2 Sdram 或 DDR3 Sdram。SA5Z-30-D1-U213和 SA5Z-30-D2-U256為合封DDR2，SA5Z-30-D3-U256為合封DDR3；其余芯片需要外掛DDR顆粒。

2.3.3 DDR 頻率

不同型號(hào)的FPGA器件，DDR Controller支持的頻率范圍不一樣。用戶只能在限定的頻率范圍內(nèi)選擇合適的頻率值（表中未包含的更低的頻率，器件也可支持，參數(shù)的選擇可以咨詢FAE）。

2.3.4CL-tRCD-tRP

DDR 的第一時(shí)序參數(shù)，會(huì)根據(jù)用戶選擇的“DDR 類型”以及輸入的“DDR 頻率”自 動(dòng)生成相應(yīng)的時(shí)序參數(shù)供用戶選擇。單位為一個(gè)PHY CLK時(shí)鐘周期。

2.3.5DDR 容量

在選擇 DDR 類型后，會(huì)自動(dòng)生成可支持的 DDR 容量大小。不同的 DDR 容量與 DQ 位寬相關(guān)，會(huì)影響 BANK、ROW、COL 的寬度。

2.3.6 突發(fā)長度

數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐话l(fā)長度分為 BL4和 BL8。只有 SA5Z-30 系列器件支持 BL4和 BL8 選項(xiàng)，其余系列器件只支持 BL8 選項(xiàng)。

2.3.7 Rank 數(shù)量

選擇使用rank的數(shù)量，最大支持2個(gè)rank（SA5Z-30 僅支持單rank）。

2.3.8DQ 位寬

數(shù)據(jù)傳輸通道的寬度，與DDR 位寬拼接個(gè)數(shù)共同決定單個(gè)時(shí)鐘周期的數(shù)據(jù)傳輸量。有 8 通道器件和 16 通道器件兩個(gè)選項(xiàng)，不同 DQ 位寬與 DDR 容量共同影響 ROW、BANK、COL 的寬度。

2.3.9DDR 位寬拼接個(gè)數(shù)

根據(jù)硬件板卡掛載的DDR顆粒的 DQ 位寬，選擇合適的DDR位寬拼接個(gè)數(shù)。對(duì)于不同的器件可以拼接的個(gè)數(shù)不同，下表列出了可以拼接的個(gè)數(shù)和對(duì)應(yīng)的用戶側(cè)數(shù)據(jù)位寬。

注：DDR Controller支持最多32bit的DQ位寬；如果不使用DDR Controller的硬核，用戶可以使用軟邏輯以支持更寬的位寬。

2.3.10突發(fā)順序

支持 Sequential 和 Interleaved 兩種突發(fā)順序。Sequential 按照連續(xù)地址順序訪問存儲(chǔ)單 元。Interleaved 按照協(xié)議規(guī)定的交錯(cuò)模式下訪問存儲(chǔ)單元。

2.3.11DDR 顆粒驅(qū)動(dòng)

DDR 顆粒驅(qū)動(dòng)選擇。DDR2 Sdram 中可選“Full Strength”和“Reduced Strength”。相 比與 Full Strength，Reduced Strength 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度減弱。DDR3 Sdram 中可選擇 RZQ/7 和 RZQ/6 兩種阻值。選擇后會(huì)自動(dòng)修改 MR 寄存器中的設(shè)定。

2.3.12Rtt 阻值

與WL 相關(guān)ODT 的阻抗設(shè)置，RZQ/n，RZQ = 240Ω ，n = 2、4、6、8、12。

2.3.13Rtt_wr 阻值

與寫操作相關(guān)的動(dòng)態(tài) ODT 的阻抗設(shè)置。

下一期我們將繼續(xù)講解智多晶DDR Controller使用時(shí)的注意事項(xiàng)，敬請(qǐng)關(guān)注。