EDA/PLD中的基于FPGA的三端口非透明型SDRAM控制器

摘 要：本文采用Altera 公司的Stratix 系列FPGA 实现了一个三端口非透明型SDRAM 控 制器，该控制器面向用户具有多个端口，通过轮换优先级的设计保证了多个端口平均分配 SDRAM的带宽且不会降低传输速率。将访问SDRAM空间虚拟成一个简单的访问三口RAM 的操作，采用乒乓的DMA 传输机制大大提高了数据传输的带宽和效率。 　　1 引言 　　SDRAM 具有存储容量大、速度快、成本低的特点，因此广泛应用于雷达信号处理等需 要海量高速存储的场合，但是SDRAM 的操作相对复杂，需要有专门的控制器配合处理器 工作完成数据的存取操作。随着FPGA 技术的快速发展及其应用的普及，用 《基于FPGA的三端口非透明型SDRAM控制器在EDA/PLD中的实现》 在现代电子系统设计中，高速存储技术起着至关重要的作用。尤其在雷达信号处理等需要海量高速存储的领域，SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机访问存储器）因其大容量、高速度和较低的成本而被广泛应用。然而，SDRAM的操作相对复杂，需要专门的控制器来配合处理器完成数据存取任务。本文主要介绍了一种基于Altera公司的Stratix系列FPGA实现的三端口非透明型SDRAM控制器，该控制器在保证多个端口公平分配带宽的同时，确保了高效的数据传输。 理解SDRAM的特点至关重要。SDRAM利用同步控制逻辑和单一系统时钟同步所有信号，其存储单元为矩阵结构，通过行地址和列地址选中存储单元。电容存储信息需要定时刷新以防止数据丢失。SDRAM的访问通常是突发模式，即一次命令后连续访问多地址。此外，还包括初始化、激活、预充电和刷新等基本操作。 针对SDRAM的特性，本文提出了一种三端口非透明型控制器设计。传统的透明型控制器允许外部设备简单读写SDRAM，但无法灵活处理地址跳变，导致带宽利用率低。相反，非透明型设计允许更精细的控制，通过内部的优先级仲裁机制，使得三个端口可以平均分配带宽，同时不影响传输速率。这种方法提高了数据传输的带宽和效率，特别适合需要高并发访问的系统。 在具体实现中，该控制器采用乒乓的DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）传输机制。这种方式下，数据由一个端口输入，另一个端口输出，第三个端口则作为与DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）交互的通道。通过这种方式，数据流可以连续流动，减少了处理器的干预，提高了系统的整体性能。 总结而言，本文提出的三端口非透明型SDRAM控制器充分利用了FPGA的灵活性，解决了通用控制器在特定应用场景下效率不足的问题。通过优化设计，控制器实现了多个并发端口的高效访问，满足了雷达信号处理等对存储带宽需求极高的应用。这不仅展示了FPGA在定制化系统设计中的优势，也为未来类似系统设计提供了有价值的参考。