原创 fpga DDR_SDRAM IP核的调用

XILINX
公司在最新的Spartan6中集成了MCB硬核，它可以支持到DDR3-800，而且对于大多数厂家的存储芯片都支持（Micron、Elpida、Hynix.....）。对于工程来讲，其MCB硬核优秀的误码校验和偏移时钟校验，以及PLL_ADV工作时的稳定、高精度都大大保证了研发产品的质量。而对于用户控制接口又是以通用FIFO的读写方式，代替复杂的DDR/DDR2/DDR3读写逻辑。以SRAM的地址映射方式代替复杂的行列地址选择。可见spartan6—MCB硬核控制器的诞生是值得大家推崇的。
一，
在工程中添加IP
1、
打开工程，添加新的源文件，




2、
选择版本，这里以3.6为例（尽量选择最新版本），进入Xilinx Memory Interface Generator界面，单击Next，进入下一步；
3、
选择输出项，输入自定义模块名；

单击Next，注意：如果你是修改一个核而不是第一次生成核，会出现如下对话框，单击Yes,这时会覆盖掉一些文件，因此无论你在接下来的步骤中有没有对核的选项进行修改，最后必须点击Generator；


4、
单击Next，选择Memory Type；

注意到图中有个C1、C3，这是因为Xilinx的MCB有部分是属于硬核，引脚是固定的，分别存在于FPGA芯片的BANK1和BANK3，在代码中将看到很多的信号名是以C1_XXX和C3_XXX开头的，这很容易区分是哪个DDR芯片对应的信号名，注意与后面的端口（Port）混淆；
5、
单击Next，进入DDR2芯片选项模块，先选择存储器，再输入时钟；


这里的Memory Part 选择的是自定义的芯片，单击，输入一个自定义的DDR2芯片名，尽量输入芯片的实名而不是自定义名，这样有利于重复使用，不至于将来使用时不知所云，下面的参数可以在你所选的DDR2芯片DATASHEET中找到，输入参数值，保存，这样就可以在
找到自定义的存储器了，单击Next；
6、
选择同上，单击Next；
7、
设置端口的一些参数，主要是根据自己板子的实际情况稍微做一些修改即可。
8、
进入端口配置，

（1）选择配置模式，单向与双向的意思是指端口是可读、可写，还是既可读又可写，

将端口配置成一个读一个写，其他不用；



（2）选择存储器的地址映射方式，可根据自己程序设计方便选择，这里默认；

9、
Next；接着

10、进入FPGA选项，这里注意系统时钟的方式，根据实际情况选择单端还是差分，这里选择单端。还有就是要注意下这里debug选项，建议选择”Disable”.

其他默认；

11、Next，同上；

12、Next；

13、选择 
Next；
 

14、Next；


二，
IP中的文件

打开生成的文件夹（一般在工程的ipcore_dir目录下），四个文件夹分别是参数配置、RTL代码、仿真库和综合脚本。


其中RTL文件夹内的文件是我们主要关注的。这里的DDR667(建立IP时取的名字)是顶层文件，另外两个分别是“管理时钟”和“管理端口”的描述文件。


打开“管理时钟”的infrastrcture.v，需要注意的几点

（1）
如果MCB的输入时钟是经过IBFG处理的，那么这里的IBFG就需要注释掉，IBFG是全局输入时钟的缓冲，一个工程中有一个即可。



（2）u_pll_adv模块就是Xilinx的PLL核，并没有什么特殊之处，而MCB只用了其中的4个时钟输出，其中一个还是提供给用户逻辑使用，因此完全可以对该PLL的3个时钟输出做自定义，这样可以减少系统所用PLL个数。





对于自定义的PLL输出根据需要最好加上BUFG，


然后将这些时钟添加到模块输出项，经顶层模块输出。
(3) 对于BUFPLL_MCB的详细解释，读者可参见ug382手册.输出文件和对应的关系图如下：



打开作为顶层文件的DDR667，可以看到在IP设置时所选择的参数都在这里了
，如果需要做改动，可以在这里的parameter下修改。这里的参数有最高的权限，会覆盖所调用模块的默认值。


三， IP的使用

(1)在par文件夹下面有系统默认的UCF(约束文件)，默认情况下会使用该UCF文件。


笔者在使用中发现一个奇怪的问题，就是在自己重新定义UCF，且确认所有的管脚都映射正确后，在MAP阶段一直报错，主要是报DQS、UDQS、DQS_N、UDQS_N这四个pin脚的分布有问题，尝试了很多办法都无效。



最终的解决办法是从工程中移除顶层的DDR2_test.XCO文件(备注：这里DDR2_test是笔者为IP所取的名字)，手动添加所有的RTL源文件，编译后顺利通过map，不知道是bug还是其他的什么原因。



(2) 由于spartan6系统是最新的FPGA，xilinx官方一直在更新ISE软件，FPGA的内核也会有所变动，在期间选型时需要留意DS162文件中不同器件所需要的软件版本。


同时，对于使用-2速度的朋友需要注意下在XCN10024中XILINX队MCB的性能做了一些小小的修正，在内核电压较低（1.14~1.26）的情况下，速度由原来的667降低至625.


(3)由于系统默认是将整个DDR按8bit来重新对地址编码，这样对于X16、X8和X4就需要根据下图经行重新的映射，具体可以参看UG388


(4)在设置FIFO的位宽时，需要注意几个速度问题。比如DDR3-800，如果器件是X8模式的，那么每个时钟可以触发16bit数据（DDR是双沿触发），假设FIFO是64bit，那么系统时钟至少需要（16/64）*400=100MHZ才能跟上DDR的速度，同理如果是32bit的FIFO，那么至少需要200MHZ的系统时钟，这个在系统规划时需要注意。另外FIFO最多可以到64级，每一级大小等于位宽。


（5）由于整个IP中定义的参数和系统调用模块比较多，为了防止软件将一些信号优化掉，需要设置Hierarchy为soft


（6）如果系统中不止一个DDR，可以参考XAPP496中相关设计思路。