利用Xilinx FPGA和存儲(chǔ)器接口生成器簡(jiǎn)化存儲(chǔ)器接口

表1 列出了 Virtex-5 LX 器件和滿足 600 Mb/s 數(shù)據(jù)速率下的 SSO 需求的最大數(shù)據(jù)總線寬度。

設(shè)計(jì)大容量或密集型存儲(chǔ)器系統(tǒng)的另一個(gè)挑戰(zhàn)是容量負(fù)載。高性能存儲(chǔ)器系統(tǒng)可能需要由地址和命令信號(hào)共用的一條總線驅(qū)動(dòng)的多存儲(chǔ)器器件。大容量無(wú)緩沖 DIMM 接口就是一個(gè)例子。如果每個(gè)單列 DIMM 擁有 18 個(gè)組件，那么包含兩個(gè) 72 位無(wú)緩沖DIMM 的接口可以在地址和命令總線上擁有多達(dá) 36 個(gè)接收器。由 JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)推薦，并在通用系統(tǒng)中常見(jiàn)的最大負(fù)載是兩個(gè)無(wú)緩沖 DIMM。總線上所產(chǎn)生的容量負(fù)載會(huì)極其龐大，導(dǎo)致信號(hào)邊沿上升和下降需要多于一個(gè)時(shí)鐘周期，從而使存儲(chǔ)器器件的建立和保持出錯(cuò)。圖12 所示為 IBIS 仿真所提供的眼圖，使用的是不同配置：一個(gè)寄存

DIMM、一個(gè)無(wú)緩沖 DIMM 和兩個(gè)單列無(wú)緩沖 DIMM。容量負(fù)載的范圍從使用寄存DIMM 時(shí)的 2 個(gè)接收器到使用無(wú)緩沖 DIMM 時(shí)的 36 個(gè)接收器不等。

這些眼圖清楚地顯示了地址總線的容量負(fù)載效果;寄存 DIMM 提供地址和命令總線上一個(gè)打得很開(kāi)的有效窗口。一個(gè) DIMM 的眼張開(kāi)度在 267 MHz 下仍然不錯(cuò)。然而，當(dāng)負(fù)載為 32 時(shí)，地址和命令信號(hào)有效窗口便大為縮小，而傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法已不足以可靠地與兩個(gè)無(wú)緩沖 DIMM 接口。

這個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試示例說(shuō)明負(fù)載會(huì)導(dǎo)致邊沿明顯變慢的同時(shí)，眼圖在更高的頻率下閉上。對(duì)于總線負(fù)載不可減少的系統(tǒng)，降低操作的時(shí)鐘頻率不失為使信號(hào)完整性維持在可接受水平上的一種方法。然而，還有其他方法可以在不降低時(shí)鐘頻率的情況下解決容量負(fù)載問(wèn)題： 在可以往接口添加一個(gè)時(shí)鐘周期的延遲的應(yīng)用中，使用寄存 DIMM 可以是不錯(cuò)的選擇。這些 DIMM 使用一個(gè)寄存器來(lái)緩沖地址和命令一類信號(hào)，從而降低容量負(fù)載。 使用基于在地址和命令信號(hào)上采用兩個(gè)時(shí)鐘周期(稱為 2T 時(shí)序)的設(shè)計(jì)技術(shù)，地址和命令信號(hào)可以用系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的一半發(fā)送?？刂坪么鎯?chǔ)器系統(tǒng)的成本和達(dá)到要求的性能一樣，也是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。降低電路板設(shè)計(jì)的復(fù)雜性并減少材料費(fèi)用的一個(gè)方法是使用片上終端而不是電路板上的電阻器。Virtex-4 和 Virtex-5 系列 FPGA 提供一種稱為“數(shù)控阻抗 (DCI)”的功能，在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)該功能可減少電路板上的電阻器數(shù)量。MIG 工具有一個(gè)內(nèi)置選項(xiàng)，允許設(shè)計(jì)人員在實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)時(shí)包含針對(duì)地址、控制或數(shù)據(jù)總線的上述功能。此時(shí)要考慮的一個(gè)權(quán)衡因素是當(dāng)終端在片上實(shí)現(xiàn)時(shí)，片上與片外功耗孰優(yōu)孰劣。

存儲(chǔ)器接口的開(kāi)發(fā)板

對(duì)參考設(shè)計(jì)進(jìn)行硬件驗(yàn)證是確保解決方案嚴(yán)密可靠的重要最終步驟。Xilinx 已經(jīng)驗(yàn)證了Spartan-3 系列、Virtex-4 和 Virtex-5 FPGA 的存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)。表2 所示為對(duì)于每一個(gè)開(kāi)發(fā)板，所支持的存儲(chǔ)器接口。

開(kāi)發(fā)電路板的范圍涵蓋從低成本 Spartan-3 系列 FPGA 實(shí)現(xiàn)到 Virtex-4 和 Virtex-5FPGA 系列器件所提供的高性能解決方案。

結(jié)論

有了合適的 FPGA、軟件工具和開(kāi)發(fā)電路板這樣的利器，使用 667 Mb/s DDR2SDRAM 進(jìn)行存儲(chǔ)器接口控制器設(shè)計(jì)便成為一個(gè)既快速又流暢的過(guò)程，無(wú)論是低成本應(yīng)用還是高性能設(shè)計(jì)，都可以得心應(yīng)手地完成。