原创 SDRAM的工作原理

2008-11-10 00:17 7581 0 分类: 电源/新能源

    从网站上看到一篇关于SDRAM工作原理的介绍。觉得写得比较好!所以打算抄写一遍,加深学习。内容摘抄于中国科学院西安光学精密机械研究。


                                               SDRAM的工作原理


    在信息处理中,特别是实时视频图像处理中,需要对视频信息进行缓存,这就必须设计大容量的存储器。同步动态随机存储器SDRAM虽然有价格优廉、容量大等优点,但因为SDRAM控制复杂,常用的做法是设计SDRAM通用控制器。所以,很多人不得不使用价格更为昂贵的SRAM。现在有一种做法是利用FPGA控制数据存储的顺序来实现对数字视频图像的旋转,截取,平移等实时处理。SDRAM的控制原理图如下所示:


点击开大图


  SDRAM的结构特点:


        存储器的结构最初为线性结构,在任何时刻,地址线 只能有一位有效,也就是说,如果有N根地址线,那么可寻址的范围为0-(2N-1).当容量增大的时候,地址线的数目必然增加。利用地址译码器可以减少地址线的数目,但是,这种存储器的长宽比太大,在工业上是无法实现的。同时,由于连线的延时和连线的长度成正比,如果这样的设计,会使,存储器的速度变得异常缓慢。现在常用的做法是讲存储器设计成阵列。使得其长宽比接近1:1,这样,存储器就必须多设计一个列地址译码器,才能选择正确的存储单元。因此,存储器的地址线被分成行地址线和列地址线。行地址线选择所要读取的单元所处的行,列地址线选择所要读取的单元所处的列。这样就可以确定所要读取的单元所处的真正位置。


         SDRAM的行地址线和列地址线是分时复用的,即地址要分两次送出,先送出行地址,再送出列地址。这样,可以大幅度减少地址线的数目。提高器件的性能。但寻址过程也会因此而变得复杂。新型SDRAM的存储容量一般比较大,如果采取简单的阵列结构,就会使存储器的字线和位线的长度、内部寄生电容和寄生电阻都变得很大,从而使整个存储器的存取速度变慢。实际上,现在的SDRAM一般都以BANK(存储块)为组织,将存储器分成很多独立的小块。由BANK地址线BA控制BANK间的选择,行地址线和列地址线贯穿所有的BANK,每个BANK的数据的宽度和整个存储器的宽度相同,这样,可以降低字线和位线的长度。从而加快数据的存储速度。同时,BA还可以使未被选中的BANK工作于低功耗的模式下,从而降低器件的功耗。


         为减少器件的MOS管的数量,降低功耗,提高器件的集成度和存储容量,SDRAM是利用其内部的电容来存储数据。由于电容的放电,因此必须每隔一段时间就对内部电容进行充电,从而确保存储在电容中的数据不丢失。这就是刷新。刷新机制,使得SDRAM的控制过程变得更加的复杂。从而给应用带来难度。


SDRAM的基本信号


         SDRAM的基本信号可以分成以下几类:


         (1)控制信号:包括片选(CS),同步时钟(CLK),时钟有效信号(CKE),写允许信号(WE),数据有效信号(DQM);


           (2) 地址选择信号:行地址选择(RAS)、列地址选择(CAS)、行/列地址线(A0-A12)、BANK地址线(BA0-BA1);


           (3) 数据信号:包括双向数据端口(DQ0-DQ15)、数据有效信号DQM等,DQM为低时,写入/读出有效;


 SDRAM的基本命令


             要正确对SDRAM进行操作,就必须 输入多种命令,包括:模式寄存器设置、预充电、  突发停止及空操作等。 SDRAM的内部状态会根据下表的命令进行转移。其中,命令COM={CS#,RAS#,CAS#,WE#},也就是说,在这四条线上传输命令。


点击看大图


模式寄存器的规定


         模式寄存器可以通过装载模式寄存器命令进行编程,这组信息会一直保持在模式寄存器中,直到再次编程或者掉电为止。 它规定了SDRAM的操作模式,包括突发长度,突发类型,CAS延迟时间,运行模式及写突发模式。


SDRAM的初始化操作


        在上电后,必须对SDRAM进行初始化操作后,才能进行其它操作,初始化操作的步骤如下:


        (1)SDRAM上电后至少需要等待100-200us,等待时间结束后还至少要执行一条空操作命令。


         (2) SDRAM执行一条预充电命令后,要执行一条空操作命令,这两个操作会使所有的存储单元进行一次预充电,从而使所有阵列中的器件处于待机状态。


         (3) SDRAM要执行两条自刷新命令,每一条刷新命令之后,都需要执行一条空操作命令。这些操作会使SDRAM内部的刷新及计数器进入正常运行状态,以便为SDRAM模式寄存器编程做好准备。


         (4) 执行加载模式寄存器命令。上述4步完成后,SDRAM就进入正常工作状态。


SDRAM基本的读写操作


        SDRAM的读操作需要地址线和数据线配合并发出一系列的命令来完成。SDRAM的读操作只有突发模式,而写操作则有突发模式和非突发模式。具体如下:


       带预充电的突发读写模式,能够最大访问的列地址最大数目为1,2,4,8;


       不带有机充电的全页读写模式,可以任意控制一次操作的列地址的最大数。


(未完待续)

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