前言

control_interface.v文件里已經(jīng)寫了非常詳盡的代碼備注。本文繼續(xù)對該文件代碼進(jìn)行講解，并給出SignalTap波形輔助讀者理解。

下圖是本案例的功能框圖。

control_interface.v文件對應(yīng)圖中SDRAM接口控制模塊，該模塊主要控制SDRAM命令的產(chǎn)生，包括空操作命令、預(yù)充電命令、自動(dòng)刷新命令、加載模式寄存器命令和讀寫命令等。如下是該模塊的RTL視圖：

根據(jù)IS42R16320D 的時(shí)序圖可知該SDRAM上電后約經(jīng)過 200us 才進(jìn)入穩(wěn)定期，在這段時(shí)間不可以對 SDRAM 做任何的操作（除了發(fā)送NOP命令）， 200us 之后要對所有的區(qū)塊進(jìn)行預(yù)充電，接著再給SDRAM發(fā)送 8次自動(dòng)刷新命令，最后才進(jìn)行SDRAM模式寄存器的設(shè)定。完成了初始化過程之后，SDRAM 才能進(jìn)行正常的讀寫操作。整個(gè)過程可簡化為下圖所示：

control_interface.v模塊工作時(shí)鐘100MHz，由Sdram_Control.v的PLL模塊提供。以100MHz時(shí)鐘周期計(jì)算，200us需要經(jīng)歷20000個(gè)周期。另外，參考IS42R16320D的datasheet或者參考02-SDRAM控制器的設(shè)計(jì)——解讀IS42R16320D的數(shù)據(jù)手冊可知預(yù)充電最少要2個(gè)時(shí)鐘周期，自動(dòng)刷新命令完成需要至少8個(gè)時(shí)鐘周期，模式寄存器的設(shè)定至少也要2個(gè)時(shí)鐘周期。為了保險(xiǎn)起見，將預(yù)充電、自動(dòng)刷新和模式寄存器設(shè)定等操作的等待周期都設(shè)定為20個(gè)時(shí)鐘周期（也就是0.2us）。

代碼里面首先設(shè)計(jì)兩個(gè)計(jì)數(shù)器，第一個(gè)計(jì)數(shù)器是初始化動(dòng)作的計(jì)時(shí)器。為了保險(xiǎn)起見，初始化先等待24000個(gè)時(shí)鐘周期：

從SignalTap波形圖可以看到INIT_REQ在init_timer從0計(jì)數(shù)到24000以后拉低了。INIT_REQ拉高（綠色部分）指示了SDRAM開機(jī)后的輸入穩(wěn)定期。

把INIT_REQ和init_timer局部放大如下：

代碼里面實(shí)現(xiàn)預(yù)充電操作等待20個(gè)時(shí)鐘周期：

代碼里面實(shí)現(xiàn)每次自動(dòng)刷新都等待20個(gè)時(shí)鐘周期（總共8次）：

第二個(gè)計(jì)數(shù)器是正常讀寫時(shí)的自動(dòng)刷新間隔計(jì)時(shí)器，因?yàn)镾DRAM必須要不斷進(jìn)行刷新才能保留數(shù)據(jù) ，由IS42R16320D數(shù)據(jù)手冊可知每一行刷新的循環(huán)周期最多為64ms。DE10-Standard開發(fā)板上的SDRAM有13位的行地址，共有8192行，而每一次的刷新命令只能對一行有效，所以在最長 64ms / 8192 = 7.8125us 的時(shí)間間隔內(nèi)，就必須發(fā)一次刷新的命令。在工作時(shí)鐘100M下，這里刷新周期設(shè)置為768。

從SignalTap波形圖可以看到timer的值在輸入穩(wěn)定等待期（INIT_REQ為高）一直是968：

INIT_REQ拉低以后timer開始倒數(shù)計(jì)數(shù)：

初始化操作結(jié)束后timer的計(jì)數(shù)周期就變成了768：

可能讀者疑惑這里為什么中間有三個(gè)周期timer的值是65535、65534、65533，而不是馬上變?yōu)?68呢？

其實(shí)可以結(jié)合這個(gè)圖看：

1. timer 為0；

2. timer為0 的下個(gè)時(shí)鐘周期REFRESH_cycle為1，timer值繼續(xù)減一，為65535；

3. 繼而下個(gè)時(shí)鐘周期 do_refresh 為1，timer值繼續(xù)減一，為65534；

4. 繼而下個(gè)時(shí)鐘周期 REF_ACK 為1，timer值繼續(xù)減一，為65533；
5. 繼而在下個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)候 timer 賦值為768。

注意本文件當(dāng)中REFRESH_init和REFRESH_cycle都是指示自動(dòng)刷新操作的命令，都會(huì)控制SDRAM控制器去發(fā)送RASCASWE組合是001的命令，它們只是指示的是不同狀態(tài)下的自動(dòng)刷新。

讀寫指令譯碼的代碼部分如下，當(dāng)CMD值為000時(shí)，對應(yīng)NOP指令，當(dāng)CMD值為001對應(yīng)讀指令，當(dāng)CMD值為010時(shí)對應(yīng)寫指令：

再來看CM_ACK和CMD_ACK信號。大家可能會(huì)疑惑為什么要弄CM_ACK和CMD_ACK這兩個(gè)變量呢？

首先看輸入信號CM_ACK。由command.v文件可知當(dāng)do_refresh || do_reada || do_writea || do_precharge || do_load_mode有效時(shí)，CM_ACK=1：

而只有接收到WRITEA、READA、PRECHARGE、LOAD_MODE等命令時(shí)do_refresh 、 do_reada 、 do_writea 、do_precharge 、 do_load_mode這些信號會(huì)拉高：

所以CM_ACK信號用于接收指令。它主要指示預(yù)充電指令、初始化狀態(tài)下的自動(dòng)更新命令、加載模式寄存器指令和讀寫指令的接收。

因?yàn)榻邮罩噶畈灰欢〞?huì)執(zhí)行，CMD_ACK用于判斷接收到的指令是否執(zhí)行。所以當(dāng)CM_ACK有效（接收到了指令），CMD_ACK無效（無效說明當(dāng)前沒有別的指令在執(zhí)行）時(shí)，才令CMD_ACK有效。

CM_ACK與CMD_ACK信號波形參考下圖：

PS：本文的波形圖來自文件~sdramcontroloutput_filesinterface.stp