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Volume 3 :Chapter 8. SDRAM 控制器子系统1
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第 8 章 : SDRAM 控制器子系统SDRAM 控制器子系统结构图和系统集成Cyclone V 器件手册卷 3:硬核处理器系统技术参考手册图 8–1 显示了
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cv_54008-1.1
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Cyclone V 器件手册
卷 3:硬核处理器系统技术参考手册
2012 年 11 月
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ISO
9001:2008
Registered
8. SDRAM 控制器子系统
硬核处理器系统 (HPS) SDRAM 控制器子系统为 ARM
®
Cortex ™
-
A9 微处理器单元 (MPU) 子
系统的外部 SDRAM、level 3 (L3) 互联和 FPGA 架构提供有效访问。SDRAM 控制器提供
FPGA 架构和 HPS 之间的接口。接口接受高级微控制器总线体系结构 (AMBA
®
) 高级可扩
展接口 (AXI ™ ) 和 Avalon
®
存储器映射的 (Avalon
-
MM) 传输,将那些命令转换成 SDRAM
的正确命令,并且管理 SDRAM 访问的详细信息。
SDRAM 控制器子系统的功能
SDRAM 控制器子系统具有以下功能:
■ 支持双数据速率 2 (DDR2)、DDR3 和低功耗 DDR2 (LPDDR2) SDRAM
■ 用户可配置的时序参数
■ 高达 4 Gb 密度部件
■ 两个片选
■ 集成的错误纠正代码 (ECC)、24
-
和40
-
bit 宽度
■ 用户可配置的存储器宽度为 8、16、16+ECC、32、32+ECC
■ 命令重新排序 (look-ahead bank 管理 )
■ 数据重新排序 ( 无序传输 )
■ 对于关闭页或有条件打开页访问,基于每端口的用户可控制的 bank 原则
■ 具有绝对和相对优先级调度的用户可配置的优先级支持
■ 通过使用 Avalon-MM 和 AXI 接口,高达 6 个端口和 256 位宽的数据宽度的灵活的
FPGA 架构接口配置
■ 功耗管理支持自刷新、部分阵列自刷新 (PASR)、关断和 LPDDR2 深度关断
SDRAM 控制器子系统结构图和系统集成
SDRAM 控制器子系统连接 MPU 子系统、L3 互联的主开关和 FPGA 架构。存储器接口包含
SDRAM 控制器、物理层 (PHY)、控制和状态寄存器 (CSR) 以及它们相关的接口。
November 2012
cv_54008-1.1
8–2 第 8 章 : SDRAM 控制器子系统
SDRAM 控制器子系统结构图和系统集成
Cyclone V 器件手册 Altera 公司 2012 年 11 月
卷 3:硬核处理器系统技术参考手册
图8–1显示了 SDRAM 控制器子系统的高级结构图。
SDRAM 控制器
SDRAM 控制器提供高性能数据访问和运行时可编程性。通过将读和写处理组合在一起,
控制器重新排序数据以减少行冲突和总线转换时间 , 从而支持有效传输模式减小的延
迟。
SDRAM 控制器包含一个多端口前端 (MPFE) 和一个单端口控制器。MPFE 对单端口控制器
提供多个独立的接口。单端口控制器与每个外部存储器件通信并且管理它们。要了解
更多信息,请参考第 8–4 页的 “ 存储控制器体系结构 ”。
DDR PHY
DDR PHY 在存储控制器和存储器件之间提供了一个物理层接口,它可以执行读和写存储
操作。DDR PHY 具有数据流组件、控制组件和处理 SDRAM 接口时序校准的校准逻辑。
SDRAM 控制器子系统接口
以下的部分介绍 SDRAM 控制器子系统接口。
MPU 子系统接口
SDRAM 控制器通过专用的 64-bitAXI 接口连接到 MPU 子系统,并且在
mpu_l2_ram_clk
时
钟域上操作。
图 8–1. SDRAM 控制器子系统高级结构图
32-Bit AXI
Altera
PHY
Interface
Register Slave Interface
DDR
PHY
SDRAM Controller
SDRAM Controller Subsystem
64-Bit AXI
Single-Port
Controller
Multi-Port
Front End
FPGA
Fabric
AXI or
Avalon-MM
HPS
I/O
Pins
MPU
Subsystem
L3
Interconnect
FPGA-to-HPS
SDRAM Interface
32- to 256-Bit
External
Memory
L4 Peripheral Bus (osc1_clk)
Control & Status Registers
第 8 章 : SDRAM 控制器子系统 8–3
SDRAM 控制器子系统结构图和系统集成
Altera 公司 2012 年 11 月 Cyclone V 器件手册
卷 3:硬核处理器系统技术参考手册
L3 互联接口
SDRAM 控制器使用专用 32-bit AXI 接口连接到 L3 互联,并且在
l3_main_clk
时钟域上
操作。
CSR 接口
CSR 接口与 level 4 (L4) 总线连接并且在
l4_sp_clk
时钟域上操作。MPU 子系统使用
CSR 接口配置控制器和 PHY,例如,设置存储器时序参数值或使存储器处于低功耗状
态。CSR 接口也对控制器和 PHY 中的状态寄存器提供访问。
FPGA-to-HPS SDRAM 接口
FPGA
-
to
-
HPS SDRAM 接口提供 FPGA 架构中实现的主器件对 HPS 中的 SDRAM 控制器子系
统的访问。接口具有 3 个端口类型,用于构建以下的 AXI 或 Avalon
-
MM 接口:
■ 命令端口 — 发出读和写命令,并且用于接收写确认响应
■ 64
-
bit 读数据端口 — 接收从存储器读返回的数据
■ 64
-
bit 写数据端口 — 发送写数据
FPGA
-
to
-
HPS SDRAM 接口支持 6 个命令端口,对于 Avalon-MM 接口可以支持 6 个或对于
AXI 接口可以支持 3 个。每个命令端口可用于实现 AXI 的读或写命令端口,或用作
Avalon-MM 接口的一部分。AXI 和 Avalon-MM 接口可以配置成支持 32
-
、64
-
、128
-
和
256
-
bit 数据。
表8–1列出了与 FPGA 连接的 FPGA
-
to
-
HPS SDRAM 控制器接口端口。
FPGA
-
to
-
HPS SDRAM 控制器接口的配置具有以下特征:
■ 在对架构所提供的端口的限定数内,Avalon-MM 接口和 AXI 接口可以根据架构逻辑的
要求混合并且匹配。
■ FPGA
-
to
-
HPS SDRAM 接口的每个 Avalon-MM 或 AXI 接口在一个独立的时钟域上操作。
■ FPGA
-
to
-
HPS SDRAM 接口在 FPGA 配置期间进行配置。
表8–2显示了配置不同的总线协议所需的基于类型和数据宽度的端口数。
表 8–1. FPGA-to-HPS SDRAM 控制器端口类型
端口类型 数量
命令 6
64
-
bit 读数据 4
64
-
bit 写数据 4
表 8–2. FPGA-to-HPS SDRAM 端口使用 (1/2)
总线协议 命令 读数据 写数据
32
-
或64
-
bit AXI 2
(1)
11
128
-
bit AXI 2
(1)
2
(2)
2
(2)
256
-
bit AXI 2
(1)
4
(2)
4
(2)
32
-
或64
-
bit Avalon-MM 1 1 1
128
-
bit Avalon-MM 1 2 2
256
-
bit Avalon-MM 1 4 4
8–4 第 8 章 : SDRAM 控制器子系统
存储控制器体系结构
Cyclone V 器件手册 Altera 公司 2012 年 11 月
卷 3:硬核处理器系统技术参考手册
存储控制器体系结构
SDRAM 控制器包含一个 MPFE、一个单端口控制器和一个到 CSR 的接口。
32
-
或64
-
bit Avalon-MM 只写
(write
-
only)
101
128
-
bit Avalon-MM 只写 1 0 2
256
-
bit Avalon-MM 只写 1 0 4
32
-
或64
-
bit Avalon-MM 只读 1 1 0
128
-
bit Avalon-MM 只读 1 2 0
256
-
bit Avalon-MM 只读 1 4 0
表8–2注释:
(1) 因为 AXI 协议支持同时发出读写命令,所以需要两个 SDRAM 控制端口以便形成一个 AXI 接
口。
(2) 因为数据端口的原始尺寸是 64 位,所以需要额外的读写端口以便形成一个 AXI 接口。
表 8–2. FPGA-to-HPS SDRAM 端口使用 (2/2)
总线协议 命令 读数据 写数据
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