原创 nios处理器中DRAM的使用

NiosII处理器可以方便得使用DRAM，从而获得大容量的内存。这比较起许多单片机，实在是一个非常方便的地方。在这里，我粗略得介绍一下nios 中DRAM的使用；更加详细的帮助信息请您参考Altera公司提供的文档。如果本文能对您有一点点帮助，我都会感到非常高兴。

      我只挑要点讲一下，关于DRAM的详细使用指南，请您参考Altera提供的随机help文档。

1。准备工作：

  1。关于创建并使用NiosII系统，请参考我之前写的文章“FPGA也疯狂(五）--Step By Step创建标准（Standard)niosII系统”。

  2。开发板上至少要有一片DRAM。

2。使用DRAM：

   1）在sopc_builder中，双击MEMORY下的SDRAM Controller,可以创建SDRAM 控制器。

    Data Width:数据位宽，ezNiosDK的用户请选择 16 Bits

    Chip Selects:芯片的片选信号，ezNiosDK的用户请选择 1。

    Banks:设定DRAM芯片的Bank数目。ezNiosDK的用户请选择 4。

    Row : 设定行地址线的数量。ezNiosDK的用户请选择 12。

    Column : 设定列地址线的数量。ezNiosDK的用户请选择 8。

    其余的请按照上图中设置。

    2）设定DRAM的时序参数

    CAS latency cycles:在CAS发出之后，仍要经过一定的时间才能有数据输出，从CAS与读取命令发出到第一笔数据输出的这段时间，被定义为CL（CAS Latency，CAS潜伏期）。由于CL只在读取时出现，所以CL又被称为读取潜伏期（RL，Read Latency）。CL的单位一般为时钟周期数，具体耗时由时钟频率决定。ezNiosDK的用户可以选择 2

    Initialization refresh cycles:初始化过程中所需的刷新周期，ezNiosDK的用户可以选择 2

    Isssue one refresh command every:刷新周期。ezNiosDK的用户可以选择 15.625 us

DRAM之所以称为DRAM，就是因为它要不断进行刷新（Refresh）才能保留住数据，因此它是DRAM最重要的操作之一。
  
刷新操作一般是用S-AMP先读再写。
那么要隔多长时间重复一次刷新呢？目前公认的标准是，存储体中电容的数据有效保存期上限是64ms（毫秒，1/1000秒），也就是说每一行刷新的循环周期是64ms。这样刷新速度就是：行数量/64ms。我们在看内存规格时，经常会看到4096 Refresh Cycles/64ms或8192 Refresh Cycles/64ms的标识，这里的4096与8192就代表这个芯片中每个L-Bank的行数。刷新命令一次对一行有效，发送间隔也是随总行数而变化，4096行时为15.625μs（微秒，1/1000毫秒），8192行时就为7.8125μs。
  
刷新操作分为两种：自动刷新（Auto Refresh，简称AR）与自刷新（Self Refresh，简称SR）。不论是何种刷新方式，都不需要外部提供行地址信息，因为这是一个内部的自动操作。对于AR， SDRAM内部有一个行地址生成器（也称刷新计数器）用来自动的依次生成行地址。由于刷新是针对一行中的所有存储体进行，所以无需列寻址，或者说CAS在RAS之前有效。所以，AR又称CBR（CAS Before RAS，列提前于行定位）式刷新。由于刷新涉及到所有L-Bank，因此在刷新过程中，所有L-Bank都停止工作，而每次刷新所占用的时间为9个时钟周期（PC133标准），之后就可进入正常的工作状态，也就是说在这9 个时钟期间内，所有工作指令只能等待而无法执行。64ms之后则再次对同一行进行刷新，如此周而复始进行循环刷新。显然，刷新操作肯定会对SDRAM的性能造成影响，但这是没办法的事情，也是DRAM相对于SRAM（静态内存，无需刷新仍能保留数据）取得成本优势的同时所付出的代价。
  
SR则主要用于休眠模式低功耗状态下的数据保存，此时不再依靠系统时钟工作，而是根据内部的时钟进行刷新操作。在SR期间除了CKE之外的所有外部信号都是无效的（无需外部提供刷新指令），只有重新使CKE有效才能退出自刷新模式并进入正常操作状态。

    Delay after powerup,before initialization:上电后的稳定期。手册上一般给出的是200us,通常我们选择 100us即可。

    Duration of refresh command:刷新周期。一般是60或者70ns.ezNiosDK的用户可以选择 70ns

    Duration of prechange command:预充电周期。在发出预充电命令之后，要经过一段时间才能允许发送RAS行有效命令打开新的工作行，这个间隔被称为tRP（Precharge command Period，预充电有效周期）。tRP的单位一般也是时钟周期数，具体值视时钟频率而定。ezNiosDK的用户可以选择 20ns。

    实际上，预充电是一种对工作行中所有存储体进行数据重写，并对行地址进行复位，同时释放芯片内部的比较器（重新加入比较电压，一般是电容电压的1/2，以帮助判断读取数据的逻辑电平），以准备新行的工作。具体而言，就是将放大/驱动比较器中的数据回写。存储单元中的电容容量很小，即使是没有工作过的存储体也会因行选通而使存储电容受到干扰，所以也需要进行读后重写。

    ACTIVE to READ or WRITE delay：ezNiosDK的用户可以选择 20ns

在发送列读写命令时必须要与行有效命令有一个间隔，这个间隔被定义为tRCD，即RAS to CAS Delay（RAS至CAS延迟），也可以理解为行选通周期，这应该是根据芯片存储阵列电子元件响应时间（从一种状态到另一种状态变化的过程）所制定的延迟。tRCD是SDRAM的一个重要时序参数。广义的tRCD以时钟周期（tCK，Clock Time）数为单位，比如tRCD=2，就代表延迟周期为两个时钟周期，具体到确切的时间，则要根据时钟频率而定，对于运行在100M的SDRAM，tRCD=2，代表20ns的延迟，对于PC133则为15ns。

    Access time: 访问时间。ezNiosDK的用户可以选择 5.4ns

从数据I/O总线上有数据输出之前的一个时钟上升沿开始，数据即已传向读出放大器，也就是说此时数据已经被触发，经过一定的驱动时间最终传向数据I/O总线进行输出，这段时间我们称之为tAC（Access Time from CLK，时钟触发后的访问时间）。tAC的单位是ns，对于不同的频率各有不同的明确规定，但必须要小于一个时钟周期，否则会因访问时过长而使效率降低。比如PC133的时钟周期为7.5ns，tAC则是5.4ns。需要强调的是，每个数据在读取时都有tAC，包括在连续读取中，只是在进行第一个数据传输的同时就开始了第二个数据的tAC。

    Write recover time:回写延迟。ezNiosDK的用户可以选择 14ns

写操作虽然是0延迟进行，但每笔数据的真正写入则需要一个足够的周期来保证，这段时间就是写回周期（tWR）。所以预充电不能与写操作同时进行，必须要在tWR之后才能发出预充电命令，以确保数据的可靠写入，否则重写的数据可能是错的，这就造成了写回延迟。

3。在Nios IDE中使用DRAM：

    在Nios IDE中使用DRAM非常简单。DRAM可以用作Program memory 或者 Read-only data memory 或者 Read/write data memory,如下图范例中，在system library properties中，设置Program memory,Read-only data memory , Read/write data memory,均为DRAM的名字：sdram_0 。这样把所有的数据都放在DRAM中