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这份名为“pg150-ultrascale-memory-ip.pdf”的资料是Xilinx官方提供的关于Vivado设计套件中DDR3/DDR4存储器IP的data sheet，主要用于支持基于UltraScale架构的FPGA芯片。以下是对该文档的详细介绍和分析。 ### UltraScale架构FPGA基础文档涉及的是基于UltraScale架构的FPGA设备，这是一种采用先进制造工艺的芯片设计，旨在提供更高的性能、更大的系统集成度以及更低的功耗。与传统的FPGA设计相比，UltraScale架构为数据中心、网络通信和高性能计算等应用领域提供了更加高效和强大的解决方案。 ### DDR3/DDR4 IP概述文档介绍了DDR3和DDR4这两种类型的存储器接口IP核，支持的版本分别是v1.4和v2.2。DDR3和DDR4是当前广泛使用的内存标准，它们支持高频率运行，同时降低了功耗。 ### 内存IP核心特点文档中提及的DDR3/DDR4 IP核心包含多个版本，分别支持不同的存储器标准，这些版本和标准包括： - DDR3v1.4 - DDR4v2.2 - LPDDR3v1.0 - QDRII+v1.4 - QDR-IV+v2.0 - RLDRAM3v1.4 此外，文档提供了关于内存IP核的特征总结、许可与订购信息以及产品规范标准，其中涉及到性能和资源占用等关键指标。 ### 核心架构概览核心架构部分详细描述了内存控制器、ECC（错误校正码）、地址奇偶校验、物理层（PHY）以及保存/恢复、自刷新、复位序列、双壳结构设计、迁移特性等重要功能。 ### 内存控制器内存控制器是FPGA内部与外部存储器进行通信的关键部分，文档详细介绍了如何使用这一控制器来管理数据的读写、缓存以及与内存的同步。 ### ECC特性 ECC特性用于在存储过程中检测和修正数据错误，保证数据在传输和存储过程中的准确性。 ### 物理层 PHY PHY部分主要负责与外部存储器的物理连接，涉及信号完整性和时序问题，是确保数据正确传输的关键。 ### 内存核心版本迁移特性迁移特性允许用户在不同版本的内存IP核之间迁移，这有助于用户在产品升级或设计迭代时保持一定的灵活性和兼容性。 ### DDR3/DDR4设计指南设计指南部分包括时钟设计、复位设计、PCB布局指导等，这些都是在设计基于DDR3/DDR4的系统时必须考虑的关键因素。 ### 设计流程步骤设计流程部分详细描述了如何定制和生成核心、进行I/O规划、约束核心以及仿真和综合实现步骤。 ### 例子设计文档中还包含了如何模拟例子设计，以及如何使用Xilinx IP与第三方综合工具配合使用等内容。 ### 测试工作台测试工作台部分则介绍了如何使用测试激励模式、如何进行性能分析以及如何模拟性能流量发生器。 ### LPDDR3内存IP介绍最后一部分是关于LPDDR3内存IP的介绍，包括其功能摘要、许可和订购信息、产品规范标准、核心架构概述、时钟设计和复位设计等。总结来说，这份文档是深入了解和使用基于UltraScale架构FPGA的DDR3/DDR4内存IP核的权威指南，无论是对于初学者还是有经验的工程师而言，它都提供了丰富的技术和设计信息。通过阅读这份文档，用户可以掌握如何在UltraScale FPGA上实现高效稳定的内存接口，从而设计出高性能的电子系统。

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PG150 April 4, 2018

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• DDR3 v1.4

• DDR4 v2.2

•LPDDR3 v1.0

• QDR II+ v1.4

• QDR-IV+ v2.0

• RLDRAM 3 v1.4

UltraScale Architecture-Based FPGAs Memory IP v1.4 2

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Table of Contents

SECTION I: SUMMARY

IP Facts

SECTION II: DDR3/DDR4

Chapter 1: Overview

Feature Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Licensing and Ordering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Chapter 2: Product Specification

Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Performance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Resource Utilization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Port Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Chapter 3: Core Architecture

Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Memory Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

ECC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Address Parity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

PHY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Save Restore. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Self-Refresh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Reset Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Clamshell Topology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Migration Feature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

MicroBlaze MCS ECC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

Partial Reconfiguration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

Memory Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

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Chapter 4: Designing with the Core

Clocking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Resets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

PCB Guidelines for DDR3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

PCB Guidelines for DDR4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

Pin and Bank Rules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

Pin Mapping for x4 RDIMMs/LRDIMMs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

Protocol Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

Performance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

DIMM Configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

Setting Timing Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

M and D Support for Reference Input Clock Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Chapter 5: Design Flow Steps

Customizing and Generating the Core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

I/O Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

Constraining the Core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

Synthesis and Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

Chapter 6: Example Design

Simulating the Example Design (Designs with Standard User Interface). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

Project-Based Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

Simulation Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

Using Xilinx IP with Third Party Synthesis Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

CLOCK_DEDICATED_ROUTE Constraints and BUFG Instantiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

Chapter 7: Test Bench

Stimulus Pattern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

Bus Utilization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

Example Patterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

Simulating the Performance Traffic Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

SECTION III: LPDDR3

Chapter 8: Overview

Feature Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

Licensing and Ordering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

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Chapter 9: Product Specification

Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

Performance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

Resource Utilization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

Port Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

Chapter 10: Core Architecture

Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

Memory Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

PHY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

Reset Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

Chapter 11: Designing with the Core

Clocking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

Resets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

PCB Guidelines for LPDDR3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

Pin and Bank Rules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

Protocol Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

M and D Support for Reference Input Clock Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

Chapter 12: Design Flow Steps

Customizing and Generating the Core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

I/O Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

Constraining the Core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

Synthesis and Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

Chapter 13: Example Design

Simulating the Example Design (Designs with Standard User Interface). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

Project-Based Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

CLOCK_DEDICATED_ROUTE Constraints and BUFG Instantiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

Chapter 14: Test Bench

SECTION IV: QDR II+ SRAM

Chapter 15: Overview

Feature Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328

Licensing and Ordering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329

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Chapter 16: Product Specification

Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

Performance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

Resource Utilization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

Port Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

Chapter 17: Core Architecture

Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

PHY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

Reset Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354

MicroBlaze MCS ECC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355

Chapter 18: Designing with the Core

Clocking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356

Resets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361

PCB Guidelines for QDR II+ SRAM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361

Pin and Bank Rules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

Protocol Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367

M and D Support for Reference Input Clock Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372

Chapter 19: Design Flow Steps

Customizing and Generating the Core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374

I/O Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380

Constraining the Core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380

Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381

Synthesis and Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382

Chapter 20: Example Design

Simulating the Example Design (Designs with Standard User Interface). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384

Project-Based Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384

Simulation Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

Using Xilinx IP with Third Party Synthesis Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

CLOCK_DEDICATED_ROUTE Constraints and BUFG Instantiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

Chapter 21: Test Bench

SECTION V: QDR-IV SRAM

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