第二期

智多晶DDR Controller介紹

最后一期我們主要介紹智多晶DDR Controller使用時(shí)的注意事項(xiàng)。

03智多晶DDR Controller使用注意事項(xiàng)

3.1 DDR BANK 布局

DDR Controller是硬核資源，位置是固定的，而phy是IO邏輯資源，與所在bank關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)PCB的時(shí)候需要選擇與DDR Controller硬核位置，更接近的IO BANK作為DDR IO BANK，才能獲得最佳的性能表現(xiàn)。下表列出了各系列芯片DDR Controller硬核靠近的BANK。

從圖三、SA5Z-30 器件布局規(guī)劃，可以看出DDR Controller硬核靠近BANK4的IO，所以應(yīng)該將外掛的DDR引腳放置在BANK4上。

圖三、SA5Z-30 器件布局規(guī)劃

從圖四、SA5Z-50 器件布局規(guī)劃，可以看出DDR Controller硬核靠近BANK12/13的IO，所以應(yīng)該將外掛的DDR引腳放置在BANK12或BANK13上。

圖四、SA5Z-50 器件布局規(guī)劃

從圖五、SA5T-100 器件布局規(guī)劃，可以看出DDR Controller硬核靠近BANK5/6的IO，所以應(yīng)該將外掛的DDR引腳放置在BANK5或BANK6上。

圖五、SA5T-100 器件布局規(guī)劃

3.2合封DDR引腳命名

合封DDR2和DDR3的引腳名稱是專用的，必須在設(shè)計(jì)的top層，按照以下表格的命名顯式的指定出來。下表列出了現(xiàn)有的三種合封DDR引腳名稱:

外掛DDR引腳命名沒有特殊要求，只需用戶設(shè)計(jì)的TOP命名和UPC引腳約束名稱保持一致即可。

3.3外部VREF硬件設(shè)計(jì)

3.4DDR Controller CLK要求

DDR Controller用戶側(cè)共有四類時(shí)鐘，分別是stable_clkin、ddr_work_clkin、usr_cmd_clk、usr_data_clk；

stable_clkin要求是來自晶振或一個(gè)低速的時(shí)鐘源，該時(shí)鐘不能被關(guān)閉或復(fù)位，例如由PLL生成的50MHz的時(shí)鐘。

ddr_work_clkin是供給硬核和phy的時(shí)鐘，即phy_clk。該時(shí)鐘在SA5Z-30系列器件上會(huì)被2分頻，在其余器件上會(huì)被4分頻，分頻后得到sclk。

usr_cmd_clk和usr_data_clk是用戶時(shí)鐘，即usr_clk。將這兩個(gè)時(shí)鐘連接到相同的用戶時(shí)鐘即可，當(dāng)用戶時(shí)鐘的頻率和sclk一樣時(shí)，可以達(dá)到最大的讀寫帶寬。用戶在實(shí)際使用中，如果對(duì)帶寬要求比較高，可以將DDR控制邏輯跑到200MHz。

推薦的DDR Controller CLK組合：

注：當(dāng)SA5Z-30系列FPGA 的phy_clk和usr_clk為2：1時(shí)，可以達(dá)到最大帶寬。其余系列FPGA 芯片的phy_clk和usr_clk為4：1時(shí)，可以達(dá)到最大帶寬。

3.5 VREF約束和調(diào)整

VREF有兩種指定方式：內(nèi)部VREF或外部VREF，具體指定方式見下表；

注1：”phycst.extvref.set vref_pin 1.5V -bank num“，vref_pin為設(shè)計(jì)中指定外部VREF引腳名稱，num為DDR Controller引腳所連接的bank號(hào)。

注2: 推薦使用外部VREF。

3.5.1 合封DDR

采用內(nèi)部VREF時(shí)，通過在引腳上添加“VREF=I50”屬性，使能內(nèi)部VREF；I50表示設(shè)置為內(nèi)部VREF的50%電平。共有I45、I50、I55三個(gè)等級(jí)可供調(diào)整，對(duì)應(yīng)的內(nèi)部參考電平百分比為45%、50%、55%。在調(diào)試過程中，通過調(diào)整VREF電平百分比，獲得最佳的判決電平。

采用外部VREF時(shí)，只需要在UPC文件中加入”phycst.ddr on“約束，即可使能外部vref和DDR Controller引腳。通過調(diào)整指定的外部VREF引腳輸入的電平值，來達(dá)到最佳的判決電平。

3.5.2外掛DDR

采用內(nèi)部VREF時(shí)，通過在引腳上添加“VREF=I50”屬性，使能內(nèi)部VREF；I50表示設(shè)置為內(nèi)部VREF的50%電平。共有I45、I50、I55三個(gè)等級(jí)可供調(diào)整，對(duì)應(yīng)的內(nèi)部參考電平百分比為45%、50%、55%。在調(diào)試過程中，通過調(diào)整VREF電平百分比，獲得最佳的判決電平。

采用外部VREF時(shí)，首先通過”phycst.extvref.set vref_pin 1.5V -bank num“指定硬件設(shè)計(jì)的VREF，再在每個(gè)引腳上添加“VREF=EXTERN”引腳屬性。通過調(diào)整指定的外部VREF管腳輸入的電平值，來達(dá)到最佳的判決電平。

3.6狀態(tài)指示信號(hào)含義

DDR Controller共有init_status、training_report、error_report、debug_report四個(gè)狀態(tài)指示信號(hào)，其含義見下表：

調(diào)試過程中，在初始化階段優(yōu)先查看”init_status、training_report”狀態(tài)指示信號(hào)是否正常，這兩組信號(hào)受硬件板卡性能，DDR Controller配置參數(shù)，VREF等影響較大。在讀寫數(shù)據(jù)階段看“error_report”信號(hào)是否正常，這組信號(hào)主要和用戶讀寫控制邏輯相關(guān)。

3.7DDR寫端

由于命令緩存FIFO深度和數(shù)據(jù)緩存FIFO深度都是有限的，用戶讀寫數(shù)據(jù)時(shí)要特別注意，防止出現(xiàn)FIFO溢出或讀空的現(xiàn)象，下表列出的不同系列DDR Controller 的FIFO深度。

DDR Controller的寫端最好使用預(yù)讀FIFO來緩存要寫入的數(shù)據(jù)，當(dāng)PHY_CLK和USR_CLK不匹配時(shí)，會(huì)出現(xiàn)寫端有效信號(hào)不連續(xù)的問題。需要特別注意DDR Controller的ready信號(hào)的反壓，否則會(huì)出現(xiàn)個(gè)別數(shù)據(jù)未寫入問題或者重復(fù)寫入的現(xiàn)象。同時(shí)采用預(yù)讀FIFO可以保證讀寫效率。

04智多晶DDR Controller總結(jié)

智多晶的DDR Controller是其SEAL 5000系列FPGA芯片中的重要功能模塊，廣泛應(yīng)用于工控、通信、消費(fèi)電子和汽車電子等領(lǐng)域。它通過高可靠性和精準(zhǔn)時(shí)序控制能力，滿足了各領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)處理的嚴(yán)格要求，同時(shí)降低了設(shè)計(jì)難度和系統(tǒng)功耗。

工控領(lǐng)域：用于PLC等設(shè)備，快速響應(yīng)傳感器信號(hào)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。通信領(lǐng)域：支持高速數(shù)據(jù)緩存和傳輸，適用于基站、交換機(jī)和路由器。消費(fèi)電子領(lǐng)域：提升手持設(shè)備的運(yùn)行速度和續(xù)航能力。汽車電子領(lǐng)域：處理自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)中的圖像識(shí)別和傳感器數(shù)據(jù)融合。

智多晶Seal 5000系列FPGA內(nèi)置DDR Controller，支持DDR2和DDR3顆粒，部分型號(hào)支持DDR4。支持多種突發(fā)長度和位寬拼接，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸效率。通過優(yōu)化時(shí)序控制和電源管理，實(shí)現(xiàn)低功耗的目的。

使用智多晶的DDR Controller需要注意以下事項(xiàng)：

1 BANK布局：DDR Controller硬核位置固定，設(shè)計(jì)時(shí)需將DDR引腳放置在靠近硬核的BANK。

2 引腳命名：合封DDR引腳名稱專用，需在設(shè)計(jì)中顯式指定。

3 VREF設(shè)計(jì)：支持內(nèi)部和外部VREF，推薦使用外部VREF以獲得更好的性能。

4 時(shí)鐘要求：用戶側(cè)時(shí)鐘需滿足特定頻率要求，以實(shí)現(xiàn)最大帶寬。

5 狀態(tài)指示信號(hào)：通過狀態(tài)指示信號(hào)監(jiān)控初始化、訓(xùn)練和錯(cuò)誤狀態(tài)。

6 FIFO管理：寫端需注意FIFO深度和反壓問題，避免數(shù)據(jù)溢出或讀空。

智多晶DDR Controller憑借其高性能、低功耗和靈活的配置能力，為各領(lǐng)域的復(fù)雜應(yīng)用提供了可靠的解決方案，同時(shí)簡化了設(shè)計(jì)流程，提升了系統(tǒng)的整體性能和競(jìng)爭力。