实验背景
在(四)中介绍了sdram读操作的实现和仿真过程,现在介绍读操作实现过程中出现的一些问题。
实验内容
介绍sdram控制器读模块的实现和仿真验证过程中的问题。
实验步骤
在(四)中,读操作的波形图如下:
写数据正常,从sdram的sdram_dq(与读模块read_dq连接)端口读出的数据也是正确的,但是read_data上没有出现数据,放大波形如下:
当sdram_dq(与读模块的read_dq连接)上出现读出的数据时,read_data上没有出现数据。下面开始排查问题,在读模块中read_data相关的代码如下:
read_data在sys_clk的上升沿被赋值,通过波形图可以测量sdram_dq(read_dq)上数据出现的时间为5.5 ns,恰好在sys_clk时钟一个周期的内部,如下:
也就是说read_dq上的数据完美地避开了sys_clk的上升沿,所以read_data上没有出现数据。仿真过程中,sdram_clk是sys_clk直接取反得到,相位相差180°,如下:
想要read_dq上的数据被read_data正确采集到,需要调整sdram_clk的相位差。下面修改顶层文件,通过PLL IP核来产生对应的时钟信号,代码片段如下:
端口列表与sdram_read_top.v一致。
PLL IP核例化:
其中clk_shift为sdram_clk, 相位偏移设置为-30°,如下:
复位信号同步模块如下:
其他模块与sdram_read_top.v一致,不再叙述。
sdram_clk信号如下:
测试文件编写如下:
产生50MHz时钟:
例化sdram_read_top_v2模块:
例化sdram仿真模型:
仿真过程如下:
写入两个数据:
读出写入的数据:
编译无误后,设置仿真,启动仿真,打印信息如下:
重点关注read_data的波形,如下:
read_data上出现数据,因为sys_clk上升沿采集到了sdram_dq上的数据。说明调整sdram_clk的相位偏移是有必要的,且要以器件手册中的时间参数为依据,并不是随意设置的。
查看手册中读数据的波形图,如下:
重点关注读出数据Dout的数据保持时间,tOH,对于镁光的sdram,tOH如下:
tOH在不同速度等级的器件中最小值均为3 ns,对于本次仿真中的tOH值如下:
通过测量tOH值为2 ns,是不符合参数要求的,由于板子上实际使用的是winbond的sdram,查看winbond的手册,相关的波形和参数如下:
可以看到tOH也是3 ns。
笔者在这里产生了比较大的疑问,开始以为是与sdram_clk的相位相关,调整了各种相位值,波形图中的tOH依旧为2 ns,后来查看sdram仿真模型,其中有参数设置如下:
可见tOH与外部提供的sdram_clk信号的相位无关,与器件本身的特性的有关,将该参数修改为3,启动仿真,波形如下:
从波形测量得到,tOH为3 ns。至此,这个疑问告一段落。
此外,还需要关注的是,输入数据的建立时间,以及输入指令的建立时间等参数,如下:
参数描述如下:
下面测量ACITVE指令的建立时间与保持时间
在sdram_clk的相位差为-30°时,ACTIVE命令的建立时间为9.25 ns,保持时间为0.75 ns,并不符合手册中的要求,如下:
将sdram_clk相位差设置为-45°,如下:
再次启动仿真:
ACITVE保持时间为1.25 ns, 建立时间为8.75 ns,满足手册要求,此外,查看其他的建立时间和保持时间,也均满足要求。那么sdram_clk的相位到底需要具备什么样的条件才能满足器件的时间参数要求,器件能正常工作呢。
笔者有以下粗糙的分析,在sdram控制器的设计过程中,通常有一个控制时钟(这里为sys_clk)和提供给sdram器件的工作时钟(这里为sdram_clk),通常情况下指令,地址,写入的数据等信号都在sys_clk的上升沿被发送给sdram器件,sdram器件在sdram_clk上升沿采集发送过来的指令,地址,写入的数据等信号,此外还需要考虑寄存器延时,PCB走线等延时,从镁光的sdram器件手册可以得知指令,地址,写入的数据信号的最小的建立时间为1.5 ns, 最小的保持时间为0.8 ns。综合靠考虑这些时间参数后,可以确定满足要求的sdram_clk的相位偏移值。
至此sdram控制器读操作实现与仿真过程中遇到的问题描述完成,有的叙述不一定准确,望批评指正。
补充1:
那么sdram_clk的相位到底需要具备什么样的条件才能满足器件的时间参数要求,器件能正常工作呢,通过以上分析,笔者粗糙的总结一下,只考虑最理想的情况。
在sdram控制器的设计过程中,通常有一个控制时钟(这里为sys_clk)和提供给sdram器件的工作时钟(这里为sdram_clk),一般指令,地址,写入的数据信号等都在sys_clk的上升沿被发送给sdram器件,sdram器件在sdram_clk上升沿采集发送过来的指令,地址,写入的数据等信号,这里暂时不考虑寄存器延时,PCB走线等延时,从镁光的sdram器件手册可以得知指令,地址,写入的数据信号的最小的建立时间为1.5 ns, 最小的保持时间为0.8 ns。
如果sys_clk与sdram_clk均为100MHz,则sdram_clk的相位差范围可以为:-54° 到 -28.8°。