調(diào)試Lattice EVDK開(kāi)發(fā)板上的DDR3 Demo時(shí)的問(wèn)題

昨天在調(diào)試Lattice EVDK開(kāi)發(fā)板上的DDR3 Demo時(shí)，遇到一個(gè)莫名其妙的問(wèn)題，今天來(lái)總結(jié)一下，并與大家分享。

一、問(wèn)題描述

在Demo的頂層文件ddr3_test_top.v中有如下幾句話：

inputtest1; outputout_test1; assignout_test1=test1;

且test1和out_test1與Design中的其他邏輯沒(méi)有任何的關(guān)系，然而，當(dāng)我把它刪除的時(shí)候，卻發(fā)現(xiàn)原本運(yùn)行正常的Demo卻出錯(cuò)了?。?！

于是乎，先去檢查這兩個(gè)引腳是否和硬件相關(guān)，在LPF文件中找到其相關(guān)約束：

LOCATECOMP"test1"SITE"F5"; IOBUFPORT"test1"IO_TYPE=SSTL15_I; LOCATECOMP"out_test1"SITE"B1"; IOBUFPORT"out_test1"IO_TYPE=SSTL15_I;

然后查看EVDK開(kāi)發(fā)板的原理圖：

握草，這是什么鬼？

于是乎，進(jìn)一步做測(cè)試，把test1和out_test1替換為其他的引腳試試看呢。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)test1在Bank7上時(shí)，Demo功能正常，當(dāng)test1不在Bank7上時(shí)，功能則不正常！

想了好久，奈何我這種小菜鳥(niǎo)卻怎么也想不明白，于是請(qǐng)教了大牛！

二、問(wèn)題分析

首先，還是檢查原理圖和LPF文件，由于EVDK板子上有兩個(gè)Mircon的DDR3的內(nèi)存顆粒，且均為x16的Configuration。也就是DQ的寬度為16bit，兩個(gè)顆粒合并為32bit的DQ。其中顆粒一對(duì)應(yīng)DQ0~DQ15，顆粒二對(duì)應(yīng)DQ16~DQ31。DQ0~DQ15連接到了Bank6上面，而DQ16~DQ31連接到了Bank7上面。但是需要注意的是，一些控制信號(hào)（如RST、CS、WE、DM等）則分布在Bank6和Bank7上，換句話說(shuō)，即使Design中只需要使用一個(gè)DDR3顆粒，也需要同時(shí)使用Bank6和Bank7。

因?yàn)镈DR3采用的是SSLT15 I電平標(biāo)準(zhǔn)，所以需要設(shè)置Bank6和Bank7的VREF。在LPF文件中，我們可以找到：

LOCATEVREF"BANK_6_VREF"SITE"V4"; LOCATEVREF"BANK_7_VREF"SITE"J7";

檢查原理圖，發(fā)現(xiàn)V4和J7引腳也正確地連接到了參考電壓上。

此時(shí)，我們?cè)俅螌⑸衔奶岬降膁dr3_test_top.v中的test1和out_test1相關(guān)的幾條語(yǔ)句刪除，并刪除LPF文件中的相關(guān)語(yǔ)句。

然后從新綜合、MAP，并PAR，此時(shí)在PAR的報(bào)告中可以發(fā)現(xiàn)如下的警告：

WARNING - par: LOCATE VREF "BANK_7_VREF" preference has been ignored, because no PIO in bank "7" uses this VREF.

也就是說(shuō)Diamond認(rèn)為，我們的Design中并沒(méi)有使用Bank7中的PIO，所以不需要VREF，并忽略了LPF文件中給出的約束。所以Bank7的VREF引腳并未被設(shè)置為VREF模式，而是作為普通IO的（默認(rèn)模式）。但是DDR3使用的是SSLT15 I電平標(biāo)準(zhǔn)，需要VERF引腳為其提供0.75V的參考電壓（一般使用1.5V的VCCIO分壓即可），如下圖所示：

檢查ECP5數(shù)據(jù)手冊(cè)，發(fā)現(xiàn)如下一句話：

The VREF voltage is used to set the threshold for the referencedinputbuffers, such as SSTL.

注意是input！這就解釋了為什么當(dāng)test1引腳分配在Bank7上可以，分配在其他引腳上就不行的原因了。因?yàn)槿绻鸅ank7上沒(méi)有input的話，Diamond就會(huì)認(rèn)為此時(shí)為Bank7設(shè)置VREF是沒(méi)有必要的，所以也就忽略了LPF中的約束。

難道是ECP5的數(shù)據(jù)手冊(cè)寫(xiě)錯(cuò)了？難道是DDR的output也需要VREF？

其實(shí)不然，再次檢查EVDK板的原理圖，發(fā)現(xiàn)Bank6和Bank7的VREF實(shí)際上連接的是同一個(gè)電壓（換句話說(shuō)，這兩個(gè)VREF是直接連在一起的）。但是合理的硬件設(shè)計(jì)方式是，不同Bank的VREF獨(dú)立（即不要連接在一起）。也正是這種不合理的設(shè)計(jì)方式，導(dǎo)致了本文所討論的問(wèn)題。

在我們的設(shè)計(jì)中實(shí)際上只需要給Bank6設(shè)置VREF即可，Bank7實(shí)際上是不需要的，但是為什么不給Bank7 VREF的話，DDR卻不能正常工作呢？原因在于，如果Bank7的J7引腳（VREF1_7）沒(méi)有被配置為VREF輸入模式的話，其默認(rèn)為上拉的。而J7引腳（VREF1_7）的上拉會(huì)影響到VREF的電壓，進(jìn)而影響到Bank6上的V4引腳（VREF1_6）的VREF輸入，最終導(dǎo)致Bank6沒(méi)有穩(wěn)定有效的VREF，因此DDR不能正常工作。

為了讓J7引腳（VREF1_7）不影響VREF的電壓，顯然最好是將其也設(shè)置成VREF輸入模式，為了防止我們的設(shè)置被Diamond優(yōu)化掉，才出現(xiàn)了本文前面所討論的這一問(wèn)題。

三、關(guān)于SSTL電平（更新內(nèi)容）

這里來(lái)分析一下為什么DDR3的相關(guān)IO的輸入需要參考電壓，而輸出卻不需要。DDRx SDRAM普通IO采用的是SSTL電平標(biāo)準(zhǔn)（clk和dqs等采用的是SSTL的差分版本SSTLD），而SSTL實(shí)際上是一種偽差分電平。

所謂偽差分電平，就是信號(hào)的接收端是一個(gè)差分的接收器，但是其中一端固定接參考電壓VREF，而另一端接單端信號(hào)線。輸入信號(hào)電壓與參考電壓之間進(jìn)行比較，作為判決輸入信號(hào)高低的標(biāo)準(zhǔn)。而偽差分標(biāo)準(zhǔn)的輸出驅(qū)動(dòng)器則是單端信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)中常見(jiàn)的推挽式的結(jié)構(gòu)（Push-Pull），顯然是不需要參考電壓VREF的。

由于偽差分電平的信號(hào)輸出的擺幅較小，瞬態(tài)的電流較小，保持信號(hào)完整性要相對(duì)容易些。因此，這種電平主要應(yīng)用在高速的存儲(chǔ)器接口中，如DDRx SDRAM、QDR SRAM和RLDRAM等中。

這種結(jié)構(gòu)的好處是，其輸入信號(hào)只需要在VREF上下小幅度擺動(dòng)即可被輸入驅(qū)動(dòng)器正確地接收。這樣信號(hào)的噪聲余量就很大，信號(hào)能否被正確接收下來(lái)，VREF將起到關(guān)鍵作用，因此設(shè)計(jì)時(shí)需要保證VREF較高的精度。