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紫光DDR3读写测试实验.pdf
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2019-11-25
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使用紫光平台,黑金板卡实现功能,绝对超值划得来,试验全部说明以及解释算法等基础实践部分,划得来啊啊啊啊啊啊啊!!!!
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DDR3 读写测试实验
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实验简介
本实验为后续使用 DDR3 内存的实验做铺垫,通过循环读写 DDR3 内存,了解其工作原理和
DDR3 控制器的写法,由于 DDR3 控制复杂,控制器的编写难度高,这里笔者介绍采用第三方的
DDR3 IP 控制器情况下的应用,是后续音频、视频等需要用到 DDR3 实验的基础。
2
实验原理
DDR SDRAM 全称为 Double Data Rate SDRAM,中文名为“双倍数据流 SDRAM”。DDR SDRAM 在
原有的 SDRAM 的基础上改进而来。也正因为如此,DDR 能够凭借着转产成本优势来打败昔日的
对手 RDRAM,成为当今的主流。本文只着重讲 DDR 的原理和 DDR SDRAM 相对于传统 SDRAM(又
称 SDR SDRAM)的不同。
(一) DDR 的基本原理
有很多文章都在探讨 DDR 的原理,但似乎也不得要领,甚至还带出一些错误的观点。首先我
们看看一张 DDR 正规的时序图。
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从中可以发现它多了两个信号: CLK#与 DQS,CLK#与正常 CLK 时钟相位相反,形成差分时钟
信号。而数据的传输在 CLK 与 CLK#的交叉点进行,可见在 CLK 的上升与下降沿(此时正好是 CLK#
的上升沿)都有数据被触发,从而实现 DDR。在此,我们可以说通过差分信号达到了 DDR 的目的,
甚至讲 CLK#帮助了第二个数据的触发,但这只是对表面现象的简单描述,从严格的定义上讲并不
能这么说。之所以能实现 DDR,还要从其内部的改进说起。
DDR 内存芯片的内部结构图
这是一颗 128Mbit 的内存芯片,从图中可以看出来,白色区域内与 SDRAM 的结构基本相同,
但请注意灰色区域,这是与 SDRAM 的不同之处。首先就是内部的 L-Bank 规格。SDRAM 中 L-Bank
存储单元的容量与芯片位宽相同,但在 DDR SDRAM 中并不是这样,存储单元的容量是芯片位宽
的一倍,所以在此不能再套用讲解 SDRAM 时 “芯片位宽=存储单元容量” 的公式了。也因此,真正
的行、列地址数量也与同规格 SDRAM 不一样了。
以本芯片为例,在读取时,L-Bank 在内部时钟信号的触发下一次传送 8bit 的数据给读取锁存
器,再分成两路 4bit 数据传给复用器,由后者将它们合并为一路 4bit 数据流,然后由发送器在
DQS 的控制下在外部时钟上升与下降沿分两次传输 4bit 的数据给北桥。这样,如果时钟频率为
100MHz,那么在 I/O 端口处,由于是上下沿触发,那么就是传输频率就是 200MHz。
现在大家基本明白 DDR SDRAM 的工作原理了吧,这种内部存储单元容量(也可以称为芯片
内部总线位宽)=2×芯片位宽(也可称为芯片 I/O 总线位宽)的设计,就是所谓的两位预取(2-bit
Prefetch),有的公司则贴切的称之为 2-n Prefetch(n 代表芯片位宽)。
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DDR SDRAM 与 SDRAM 一样,在开机时也要进行 MRS,不过由于操作功能的增多,DDR
SDRAM 在 MRS 之前还多了一 EMRS 阶段(Extended Mode Register Set,扩展模式寄存器设置),
这个扩展模式寄存器控制着 DLL 的有效/禁止、输出驱动强度、QFC 有效/无效等。
由于 EMRS 与 MRS 的操作方法与 SDRAM 的 MRS 大同小异,在此就不再列出具体的模式表了,
有兴趣的话可查看相关的 DDR 内存资料。下面我们就着重说说 DDR SDRAM 的新设计与新功能。
1、 差分时钟
差分时钟(参见上文“DDR SDRAM 读操作时序图”)是 DDR 的一个必要设计,但 CK#的作用,
并不能理解为第二个触发时钟(你可以在讲述 DDR 原理时简单地这么比喻),而是起到触发时钟
校准的作用。由于数据是在 CK 的上下沿触发,造成传输周期缩短了一半,因此必须要保证传输
周期的稳定以确保数据的正确传输,这就要求 CK 的上下沿间距要有精确的控制。但因为温度、
电阻性能的改变等原因,CK 上下沿间距可能发生变化,此时与其反相的 CK#就起到纠正的作用
(CK 上升快下降慢,CK# 则是上升慢下降快)。而由于上下沿触发的原因,也使 CL=1.5 和 2.5 成
为可能,并容易实现。与 CK 反相的 CK#保证了触发时机的准确性。
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