0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

采用VHDL语言实现SDRAM与双口RAM的数据传输系统设计

电子设计 来源:电子技术应用 作者:沙燕萍,曾烈光 2020-06-01 07:08 次阅读

RAM(随机存取存储器是一种在电子系统中应用广泛的器件,通常用于数据和程序的缓存。随着半导体工业的发展,RAM获得了飞速的发展,从RAM、DRAM(Dynamic RAM,即动态RAM)发展到SDRAM(Synchronous Dynamic RAM,即同步动态RAM),RAM的容量越来越大、速度越来越高,可以说存储器的容量和速度已经成为半导体工业水平的标志。

1、任务背景

SDRAM具有大容量和高速的优点,目前其存取速度可以达到100~133MHz,单片容量可以达到64Mbit或更高,因此在需要高速、大容量存储器的系统中得到广泛应用,如应用在目前的计算机内存中。但是SDRAM的控制比较复杂,其接口不能直接与目前广泛应用的普通微处理器例如MCS-51系列、MOTOROLA 68000系列连接,这样就限制了SDRAM在微处理器系统中的应用。

我们的任务是设计一个通用微处理器,它要具有语音、数据、图像等多种处理功能,并具有RS232USB等多种接口,另外由于多个通道的数据都需要进行缓存和处理,因此高速大容量的缓存是此系统必须的,所以选用了SDRAM作为缓存器件。来自多个输入通道的数据在采集后需要暂时存储在SDRAM中,处理后的数据也需要存储在SDRAM中,再输出到输出通道中。在SDRAM与多个输入输出通道之间,采用多个双口RAM作为接口器件。输入通道采集的数据首先存储在双口RAM中,采集满后,通过若干条指令将RAM中的数据转移到SDRAM中的一定位置中,将SDRAM中的数据转移到RAM中也只需要若干条指令来完成。这样通过几条指令来设置RAM起始地址、SDRAM起始地址、传送数据长度、传送数据方向之后,SDRAM与RAM之间数据传送就完全可以通过硬件实现,不必占用微处理器的指令时间。

2、SDRAM简介

SDRAM具有多种工作模式,内部操作是一个非常复杂的状态机。SDRAM的管脚分为以下几类:

(1) 控制信号:包括片选、时钟、时钟有效、行/列地址选择、读写选择、数据有效;

(2) 地址:时分复用管脚,根据行/列地址选择管脚控制输入地址为行地址或列地址;

(3) 数据:双向管脚,受数据有效控制;

根据控制信号和地址输入,SDRAM包括多种输入命令:① 模式寄存器设置命令;② 激活命令;③ 预充命令;④写命令;⑤ 读命令;⑥自动刷新命令;⑦ 自我刷新命令;⑧突发停止命令;⑨ 空操作命令。

根据输入命令,SDRAM状态在内部状态间转移。内部状态包括:①模式寄存器设置状态;②激活状态;③预充状态;④写状态;⑤读状态;⑥自动刷新状态;⑦自我刷新状态;⑧节电状态。

3、SDRAM接口状态机设计

根据系统的要求,采用固定型号SDRAM,我们对SDRAM的操作进行了以下简化:

(1)不考虑随机存取模式,只采用突发读写数据模式,固定突发数据长度为2;

(2)固定SDRAM读命令输入到数据输出延时时钟周期为2;

(3)刷新模式仅采用自我刷新模式,不采用自动刷新模式;

(4)SDRAM的初始化、节电模式由微处理器控制;

(5)SDRAM为16位数据总线,RAM为32位数据总线,SDRAM进行一次突发操作,RAM进行一次读写操作,以实现速度匹配;

(6)SDRAM和RAM读写地址采用递增模式,连续变化。

其中,初始化、自我刷新、电源关断、读操作、写操作、预充等状态又分别各由一组子状态组成。

为充分利用SDRAM的高速存取特性,读、写时序必须仔细设计,应基本可以实现每个时钟周期进行一次数据存取。如下图所示。

采用VHDL语言实现SDRAM与双口RAM的数据传输系统设计

3.1 SDRAM读操作时序设计

当数据转移方向为从SDRAM到双口RAM时,如果SDRAM读操作行地址未发生变化,可以满足每时钟周期输出一次数据的高速操作。但是当SDRAM行地址发生变化时,必须返回预充状态,由于从SDRAM的读命令输入到SDRAM数据输出之间有2个时钟周期的延时,所以判断下一读操作的行地址是否发生变化必须提前两个周期判断。如下图所示。

3.2 SDRAM写操作时序设计

当数据转移方向为从双口RAM到SDRAM时,如果SDRAM写操作行地址未发生变化,可以满足每时钟周期写入一次数据的高速操作。但是当SDRAM行地址发生变化时,必须返回预充状态,由于从SDRAM的写命令输入到SDRAM数据输入之间没有延时,所以判断下一写操作的行 地址是否发生变化无需提前判断,因此写操作状态转移图比读操作部分简单。

在所设计的读、写操作时序中,SDRAM地址、数据、控制信号和RAM部分的地址、数据、读写控制信号均由有限状态机产生,因此在状态转移过程中还必须仔细考虑RAM部分输出控制信号的时序关系。

4、VHDL实现

硬件描述语言VHDL(Very=high Speed IC HARDWARE DESCRIPTION Language)是一种应用于电路设计的高层次描述语言,具有行为级、寄存器传输级和门级等多层次描述,并且具有简单、易读、易修改和与工艺无关等优点。目前VHDL语言已经得到多种EDA工具的支持,综合工具得到迅速发展,VHDL语言的行为级综合也已经得到支持和实现,因此利用VHDL语言进行电路设计可以节约开发成本,缩短周期。在VHDL语言输入中也有多种形式,例如可以支持直接由状态转移图生成VHDL语言。因此在设计SDRAM状态转移图后,可以直接产生VHDL程序,在功能仿真正确后,可以进行综合、FPGA布局布线和后仿真。

以上介绍了一种应用于通用微处理器系统中的SDRAM与双口RAM之间的数据转移接口控制电路,由VHDL语言设计,用XILINX公司4000系列FPGA实现,目前该电路硬件实现和微处理器系统已经通过验证,证明可将SDRAM作为高速、大容量存储器应用在简单电子系统中。

责任编辑:gt


声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • SDRAM
    +关注

    关注

    7

    文章

    422

    浏览量

    55152
  • 存储器
    +关注

    关注

    38

    文章

    7447

    浏览量

    163582
  • vhdl
    +关注

    关注

    30

    文章

    816

    浏览量

    128073
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    基于VHDLSDRAM接口设计

    介绍了一种应用于通用微处理器系统中的SDRAMRAM之间的数据转移接口控制电路,由
    发表于 11-11 09:43 1566次阅读
    基于<b class='flag-5'>VHDL</b>的<b class='flag-5'>SDRAM</b>接口设计

    基于端口RAMDSP系统搭建

    最近再做一个CPU板子,需要搭建一个DSP系统,它们之间的数据传输通过
    发表于 05-04 13:00

    基于SDRAM的u***与pc之间数据传输资料

    请问各位大神有没有基于SDRAM的u***与pc之间数据传输资料啊,急用!
    发表于 11-27 08:30

    VHDL语言实现多DSP局部总线与VME总线接口设计

    ;write状态VME主机正在向RAM写入数据;read状态表示VME主机正在从
    发表于 04-12 07:00

    SDRAMRAM数据转移接口控制电路

    和后仿真。以上介绍了一种应用于通用微处理器系统中的SDRAMRAM之间的数据转移接口控制电
    发表于 06-10 05:00

    如何采用FPGA和CMOS数字传感器实现图像数据传输的图像监测系统

    本文提出一种采用FPGA和CMOS数字传感器实现前端数据采集、利用单片机进行图像鉴别和压缩、通过以太网控制器实现图像数据传输的图像监测
    发表于 05-26 06:58

    数据传输的通信系统设计

    本文主要针对单片机在有线数据传输方面的应用,介绍了一种基于单片机MSP430 实现的MODEM 的数据传输系统。方案采用一个嵌入式的MODE
    发表于 06-13 13:38 21次下载

    基于FPGA的RAM实现及应用

      为了在高速采集时不丢失数据,在数据采集系统和CPU之间设置一个数据暂存区。介绍
    发表于 02-11 11:20 69次下载

    基于USB2.0的红外数据传输系统的设计与实现

    基于USB2.0的红外数据传输系统的设计与实现 摘要:针对有线传输的缺点或不足,为避免经常插拔接口造成测试仪器损坏,设计基于USB2.0的红外数据
    发表于 03-13 09:56 1598次阅读
    基于USB2.0的红外<b class='flag-5'>数据传输</b><b class='flag-5'>系统</b>的设计与<b class='flag-5'>实现</b>

    基于PCI总线的数据传输系统

    微控制器的24V接口工业控制应用,本文主要提供一种基于PCI总线的数据传输系统设计方案,其中RAM起桥梁作用,完成上位机与外围主控单元之
    发表于 04-25 11:41 1655次阅读
    基于PCI总线的<b class='flag-5'>数据传输</b><b class='flag-5'>系统</b>

    SDRAM接口的VHDL设计方案

    SDRAM 以其高速和大容量的优点获得了极大的应用,但是其接口与目前广泛应用的微处理器系统不兼容,介绍了用 VHDL 语言实现SDRAM
    发表于 06-01 15:29 57次下载
    <b class='flag-5'>SDRAM</b>接口的<b class='flag-5'>VHDL</b>设计方案

    SOPC实现的PCI总线高速数据传输系统

    本文提出一种采用可编程片上系统SOPC实现侦察接收机PCI总线高速数据传输系统的设计方案。
    发表于 02-10 11:20 1466次阅读
    SOPC<b class='flag-5'>实现</b>的PCI总线高速<b class='flag-5'>数据传输</b><b class='flag-5'>系统</b>

    ARM实现无线数据传输系统

    介绍一种基于ARM微控制器来实现无线分布式的数据传输系统。网络节点硬件主要使用NXP公司的LPC1766作为微控制器、Nordic公司的nRF905作为射频芯片。软件以C语言和汇编
    发表于 02-16 17:09 111次下载
    ARM<b class='flag-5'>实现</b>无线<b class='flag-5'>数据传输</b><b class='flag-5'>系统</b>

    DDR SDRAM是拥有着双倍数据传输率的SDRAM

    DDR SDRAM是具有双倍数据传输率的SDRAM,其数据传输速度为系统时钟频率的两倍,由于速度增加,其
    发表于 07-16 15:44 2214次阅读

    基于RAM和SN74LVTH245A芯片实现长距离数据传输系统的设计

    +3.3V;由于差分驱动与接收芯片的传输方向是单向的,而系统要求双向数据传输,对16位数据总线的高8位和低8位分别进行单向驱动与接收;利用本方案所
    的头像 发表于 03-19 11:35 3905次阅读
    基于<b class='flag-5'>双</b><b class='flag-5'>口</b><b class='flag-5'>RAM</b>和SN74LVTH245A芯片<b class='flag-5'>实现</b>长距离<b class='flag-5'>数据传输</b><b class='flag-5'>系统</b>的设计