存储器类型综述及DDR接口设计的实现
存储器及其接口09
➢ 生成线性地址由MMU旳分段部件完毕，段基址和偏移量都是32位 32位线性地址=32位段基址+32位偏移量
➢ 生成物理地址由MMU旳分页部件完毕，基址是20位旳页基址，偏 移量12位 32位物理地址=20位页基址×1000H+12位偏移量
第3章 存储器及其接口
3. 存储器管理技术：分段和分页
分页：多用于虚拟存储器管理 ➢ 分页（Why ?）
在cpu中设置分页机制是由计算机旳实际系统决定旳。如： 内存条仅512M~1G等，实际配置旳物理存储器与系统能寻址 旳4G线性空间少，在把46位旳虚拟地址转换成32位线性地址 时，这32位旳线性地址未必恰好有合适旳内存支持。
➢ CE-和OE-信号分别由CPU高位地址总线和控制总 线译码后产生，一般采用下图所示旳3种措施。
第3章 存储器及其接口
2.存储器地址译码法
片选控制译码器：对高位地址译码后产生存储器芯片片选信号
片内地址译码电路：对低位地址译码实现片内存储单元旳寻址
线选法 —— CPU寻址空间远不小于存储器容量时，用 高位地址直接作为存储器芯片旳片选信号，每根地址线 选通一块芯片。
A0~A9
（1）1KB
CS
（2）1KB CS
第3章 存储器及其接口
保护虚地址方式下旳32位物理地址形成
13位 选择符
段描述符表
16 位 地 址
低3位 为000B
1个描述 符首址
64位描述 符寄存器
32位 偏移量
8B 1个描述符
32位 段基址
+
32位
+ 线性地址 分页
内存储器及其接口
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n=20 可寻址的单元数为1024K个（220）--1M n=21 可寻址的单元数为2048K个（221） --2M n=22 可寻址的单元数为4096K个（222） --4M n=23 可寻址的单元数为8192K个（223） --8M n=24 可寻址的单元数为16384K个（224） --16M n=25 可寻址的单元数为32768K个（225） --32M n=26 可寻址的单元数为65536K个（226） --64M n=17 可寻址的单元数为（227） --128M n=28 可寻址的单元数为（228） --256M n=29 可寻址的单元数为（229） --512M 换算单位：1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB
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2.存储速度
可以用两个时间参数表示：
一个是“存取时间”（Access Time）TA:
定义为从启动一次存储器操作，到完成该操作所经历 的时间； 对8086， TA ＜ T2+T3 另一个是“存储周期”（Memory Cycle）TMC:
定义为启动两次独立的存储器操作之间所需的最小时
间间隔；
TMC= TA + 恢复时间
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读写存储器RAM
组成单元 触发器 极间电容 速度 集成度 快 低 慢 高 应用 小容量系统 大容量系统
存储器的单元数：取决于地址线的位数n，单元数=2n
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n=10 n=11 n=12 n=13 n=14 n=15 n=16 n=17 n=18 n=19
可寻址的单元数为1024个（210）--1K 可寻址的单元数为2048个（211） --2K 可寻址的单元数为4096个（212） --4K 可寻址的单元数为8192个（213） --8K 可寻址的单元数为16384个（214） --16K 可寻址的单元数为32768个（215） --32K 可寻址的单元数为65536个（216） --64K 可寻址的单元数为（217） --128K 可寻址的单元数为（218） --256K 可寻址的单元数为（219） --512K
(微机原理与接口技术)第4章存储器设计
要点一
总结词
要点二
详细描述
一种一次性编程的存储器，制造时根据掩膜上的数据确定 存储单元状态。
掩膜只读存储器（MROM）是一种只读存储器，其存储单元 的状态在制造时由掩膜上的数据确定，因此无法更改。 MROM通常用于生产数量较大的固定数据存储，如固件、微 代码等。由于其一次性编程的特性，MROM在生产后无法修 改，因此需要提前确定所有数据。
可编程只读存储器（PROM）
总结词
一种可编程的只读存储器，用户可以通 过特定的编程方法一次性写入数据。
VS
详细描述
可编程只读存储器（PROM）是一种可编 程的只读存储器，用户可以在制造后通过 特定的编程方法一次性写入数据。与掩膜 只读存储器不同，PROM可以在生产后进 行编程，但其编程过程通常比较复杂，且 只能进行一次编程。PROM通常用于需要 少量可定制数据的场合，如定制的硬件设 备、测试设备等。
新型RAM技术
总结词
高速度、大容量、低功耗
详细描述
新型RAM技术包括多种类型，如高速缓存存储器（Cache Memory）、动态随机存取 存储器（DRAM）、静态随机存取存储器（SRAM）等。这些技术具有高速度、大容量
和低功耗等优点，是未来存储器发展的重要方向。
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只读存储器（ROM）
掩膜只读存储器（MROM）
存储器的发展历程
磁芯存储器时代
20世纪50年代初，磁芯存储器开始应用于计算机中，其特 点是存储容量较高，但体积较大。
半导体存储器时代
随着半导体技术的发展，动态随机存取存储器（DRAM） 和静态随机存取存储器（SRAM）等半导体存储器逐渐取 代磁芯存储器，成为主流存储器。
高速缓存存储器时代
为了提高存储器的访问速度，高速缓存（Cache）技术被 引入计算机系统中，成为现代计算机的重要组成部分。
DDR4设计概述以及分析仿真案例.pdf
DRAM （动态随机访问存储器）对设计人员特别具有吸引力，因为它提供了广泛的性能，用于各种计算机和嵌入式系统的存储系统设计中。
本文概括阐述了DRAM 的概念，及介绍了SDRAM、DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM、DDR4 SDRAM、DDR5 SDRAM、LPDDR、GDDR。
DRAMDRAM较其它内存类型的一个优势是它能够以IC（集成电路）上每个内存单元更少的电路实现。
DRAM 的内存单元基于电容器上贮存的电荷。
典型的DRAM 单元使用一个电容器及一个或三个FET（场效应晶体管）制成。
典型的SRAM （静态随机访问内存）内存单元采取六个FET 器件，降低了相同尺寸时每个IC 的内存单元数量。
与DRAM 相比，SRAM 使用起来更简便，接口更容易，数据访问时间更快。
DRAM核心结构由多个内存单元组成，这些内存单元分成由行和列组成的两维阵列（参见图1）。
访问内存单元需要两步。
先寻找某个行的地址，然后在选定行中寻找特定列的地址。
换句话说，先在DRAM IC 内部读取整个行，然后列地址选择DRAM IC I/O（输入/ 输出）针脚要读取或要写入该行的哪一列。
DRAM读取具有破坏性，也就是说，在读操作中会破坏内存单元行中的数据。
因此，必需在该行上的读或写操作结束时，把行数据写回到同一行中。
这一操作称为预充电，是行上的最后一项操作。
必须完成这一操作之后，才能访问新的行，这一操作称为关闭打开的行。
对计算机内存访问进行分析后表明，内存访问中最常用的类型是读取顺序的内存地址。
这是合理的，因为读取计算机指令一般要比数据读取或写入更加常用。
此外，大多数指令读取在内存中顺序进行，直到发生到指令分支或跳到子例程。
图1. DRAMs 内存单元分成由行和列组成的两维阵列DRAM的一个行称为内存页面，一旦打开行，您可以访问该行中多个顺序的或不同的列地址。
这提高了内存访问速度，降低了内存时延，因为在访问同一个内存页面中的内存单元时，其不必把行地址重新发送给DRAM.结果，行地址是计算机的高阶地址位，列地址是低阶地址位。
存储器类型综述及DDR接口设计的实现
存储器类型综述及DDR接口设计的实现类别：存储器阅读：917存储器综述在过去的数年里，ic37，确切地说是存储器市场，经历了巨大的变化。
在2000年电子工业低迷时期之前，电子系统设计师很少考虑他们下一个设计中元器件的成本，而更关注它们能够达到的最高性能。
今天，竞争的加剧以及利润率的下降迫使系统设计师在降低下一代产品成本的同时，保持、甚至提高系统的性能。
作为这种转变的结果，有一个工业部门经历了实质性的增长，它就是DRAM 存储器，尤其是双倍数据速率(DDR) SDRAM存储器。
DDR存储器最初是一种高性能、低成本的存储器解决方案，主要用于个人计算机和其它成本敏感的消费品市场。
近来，由于施加在整个电子工业上的经济压力，非消费产品也开始采用DDR 存储器了（图 1）。
图 1 来源：IC InsightsDDR是一种基于SDRAM的革命性的存储器技术。
DDR SDRAM的存取速度是SDRAM的两倍，因为DDR的数据传送发生在时钟的所有两个边沿。
而SDRAM仅在时钟的上升沿传送数据。
因此，D DR能够传送数据的速度高达2133MB/s。
与传统的SDRAM相比，DDR还具有更低的功耗。
它的工作电压是直流2.5V，而SDRAM是直流3.3V。
市场分析表明，在当今所有的电子系统中，超过50%采用了DDR存储器，并且预计在接下来的几年中将增长到80%。
DDR不是，并且永远也不会是一种针对所有设计的技术。
DDR存储器非常适用于那些高读写比率的设计。
而诸如四倍数据速率存储器，适用于50%读写比率的应用。
图2确定了多种顶尖的存储器技术以及它门各自所属的读/写曲线。
图 2不同存储器类型的读/写率的比较如上所述，每个系统有各自独特的存储器要求。
在服务器应用的例子中，读写趋于较高的比率，表示需要DDR。
在网络处理器与支持大数据包的MAC的接口例子中，在处理之前，这些数据包需要进行缓冲和存储，接近1:1的读写比率，表明QDR是一个合适的存储器结构。
第三章存储器原理与接口
(3) 用于片内寻址的信号和用于片选的信号
6116片内地址线：存储容量为2K×8，所以片 内地址线为11条，即：A0～A10
因此8086系统地址总线中的A1～A11作为用 于片内寻址的信号，与6116片内地址线A0～A10 相 连 ； 而 A12 ～ A19 作 为 用 于 片 选 的 信 号 , 与 74LS138译码器相连；A0 悬空即可。
这种扩充简称为“地址扩充”或“字扩充”
地址扩充（字节数扩充）
0000000001
译 码 0000000000
片选端
器 A19～A10
CE
CE
字扩充应该把地址（线1）、数据线、（读2/）写
端应并联，由A9片～A选0 信D7号～区D0分各A9～片A地0 址D7，～D0
A9～A0 故片选端单独引出。
芯片OE与系统的读命令线相连 当芯片被选中、且读命令有效时，存储芯 片将开放并驱动数据到总线
芯片WE与系统的写命令线相连 当芯片被选中、且写命令有效时，允许总 线数据写入存储芯片
8086系统的存储器接口设计
存储器子系统的设计一般遵循如下步骤： （1）根据系统中实际存储器容量，确定存储 器芯片的个数； （2）根据所选用存储芯片的容量，画出地址 分配图或列出地址分配表，将地址信号分类 为用于片内寻址的信号和用于片选的信号；
按用途和特点分类
缓冲存储器（缓存，Cache Memory） 位于主存与CPU之间，其存取速度非常快，
但存储容量更小，可用来解决存取速度与存储容 量之间的矛盾，提高整个系统的运行速度。 内部存储器（主存储器，内存，Main Memory）
用来存放计算机正在执行的或经常使用的程序 和数据。CPU可以直接对它进行访问。一般是由半 导体存储器构成，通常装在主板上。存取速度快， 但容量有限，其大小受地址总线位数的限制。
第五章 存储器接口设计与应用
综上所述，一个较大的存储系统是由各种不同类 型的存储设备构成，是一个具有多级层次结构的 存储系统。该系统既有与CPU相近的速度，又有 极大的容量，而成本又是较低的。其中高速缓存 解决了存储系统的速度问题，辅助存储器则解决 了存储系统的容量问题。采用多级层次结构的存 储器系统可以有效的解决存储器的速度、容量和 价格之间的矛盾。
5.2.2 SDRAM工作原理
SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间、数据 及堆栈区。当系统启动时，CPU首先从复位地址 0x0处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程 序代码调入SDRAM中运行以提高系统的运行速度 ，同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在 SDRAM中。 SDRAM存储一个位的消息只需要一只晶体管，但 是需要周期性地充电，才能使保存的信息不消失 。 SDRAM共用它的行、列地址线，行地址和列地址 的选通分别有行地址选通引脚CAS和列地址选通 引脚RAS来进行分时控制。
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5.1 存储器概述
存储器是计算机系统中的记忆设备，用来存放程 序和数据。CPU执行指令，而存储器为CPU存放 指令和数据，从物理层面上来说，存储器系统是 一个线性的字节数组，而CPU可以访问每个存储 器位置。计算机中全部信息，包括插入的原始数 据、计算机程序、中间运行结果和最终运行结果 都保存在存储器中，它根据控制器指定的位置存 入和取出信息。有了存储器，计算机才有记忆功 能，才能保证正常工作。
S5PV210的引导区分为两部分，分别是0x00000x1FFF_FFFF和0XD002_0000-0xD003_7FFF的空 间。系统上电后，从引导区开始执行Boot Loader 程序。 S5PV210的SROM分为6个Bank，每个Bank有 128MB。可以支持8/16位的NOR Flash、PROM和 SRAM存储器，并且支持8/16位的数据总线。 比较特殊的是Bank0，它只支持16位带宽，不能改 变。
DDR存储控制器的设计与应用
DDR存储控制器的设计与应用随着科技的不断进步，数字电子设备在日常生活和工作中的应用越来越广泛。
其中，DDR存储控制器作为计算机存储系统的重要组成部分，对于整个系统的性能和稳定性具有举足轻重的作用。
本文将详细阐述DDR存储控制器的概念、设计步骤、技术方案以及实验结果，并探讨其未来的发展趋势。
DDR存储控制器，全称Double Data Rate SDRAM控制器，是一种用于管理计算机存储系统的芯片或模块。
其主要作用是控制数据的传输速率和带宽，协调内存与处理器之间的数据交换，从而确保数据的高速、稳定传输。
DDR存储控制器适用于各种计算机存储设备，如DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM等。
DDR存储控制器的硬件设计主要包括以下步骤：（1）确定控制器的架构和组成元件，包括数据路径、控制逻辑、时钟发生器等。
（2）设计电路板，包括布局布线和元件放置等。
（3）编写硬件描述语言（HDL），如Verilog或VHDL，用于实现控制器的逻辑功能。
（4）仿真和验证硬件设计，确保其符合预期的功能和性能要求。
DDR存储控制器的软件设计主要包括以下步骤：（1）编写存储控制器的驱动程序，包括初始化和配置控制器、读写数据等操作。
（2）优化数据传输速率和带宽，以实现更高效的数据传输和控制。
（3）配合硬件设计，实现软硬件联合调试和测试。
在DDR存储控制器的设计中，我们采用了以下技术方案：采用同步动态随机存取存储器（SDRAM）作为主要的存储介质，其具有较高的存储密度和较低的功耗。
使用双倍数据速率（DDR）技术，使得SDRAM在每个时钟周期内可以进行两次数据传输，从而大幅提高了数据传输速率和带宽。
引入高速缓存接口（Cache Interface），以提高数据访问速度和降低CPU的负载。
使用可编程逻辑门阵列（FPGA）作为控制器的主要芯片，其具有灵活性和可定制性，能够满足各种不同的存储需求。
我们设计并实现了一款DDR存储控制器，并对其进行了严格的测试。
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存储器类型综述及DDR接口设计的实现
存储器类型综述及DDR接口设计的实现
存储器综述
在过去的数年里，电子市场，确切地说是存储器市场，经历了巨大的变化。
在 2000 年电子工业低迷时期之前，设计师很少考虑他们下一个设计中元器件的成本，而更关注它们能够达到的最高性能。
今天，竞争的加剧以及利润率的下降迫使系统设计师在降低下一代产品成本的同时，保持、甚至提高系统的性能种转变的结果，有一个工业部门经历了实质性的增长，它就是 DRAM 存储器，尤其是双倍数据速率(DDR) S DRAM 存储DDR存储器最初是一种高性能、低成本的存储器解决方案，主要用于个人计算机和其它成本敏感的消费品市场。
于施加在整个电子工业上的经济压力，非消费产品也开始采用DDR存储器了（图 1）。
图 1 来源：IC Insights
DDR是一种基于S DRAM 的革命性的存储器技术。
DDR S DRAM 的存取速度是S DRAM 的两倍，因为DDR的数据传时钟的所有两个边沿。
而S DRAM 仅在时钟的上升沿传送数据。
因此，DDR能够传送数据的速度高达2133MB/s。
与传统AM 相比，DDR还具有更低的功耗。
它的工作电压是直流2.5V，而S DRAM 是直流 3.3V 。
市场分析表明，在当今所有的电子系统中，超过50%采用了DDR存储器，并且预计在接下来的几年中将增长到80不是，并且永远也不会是一种针对所有设计的技术。
DDR存储器非常适用于那些高读写比率的设计。
而诸如四倍数据器，适用于50%读写比率的应用。
图2确定了多种顶尖的存储器技术以及它门各自所属的读/写曲线。
图 2
不同存储器类型的读/写率的比较
如上所述，每个系统有各自独特的存储器要求。
在服务器应用的例子中，读写趋于较高的比率，表示需要DDR。
理器与支持大数据包的MAC的接口例子中，在处理之前，这些数据包需要进行缓冲和存储，接近1:1的读写比率，表一个合适的存储器结构。
图3展示了一个通用通信线卡印刷电路板的例子。
基于系统设计者的要求，这张结构图上指出了在哪里一些通用型可以被采用。
在很多系统中采用了相似的决策过程，从而选择合适的存储器结构。
图 3
下面的目录指出了针对不同的系统和功能的合适的存储器结构。
这些选择基于系统结构和各自的性能/成本综合要·查找-快速的开关/访问时间
-临界延时，以读取为导向，较小的总线宽度(32/64位)
-存储器选择：ZBT (<10Gb/s) -> QDR/DDR (>10Gb/s)
-操作：地址转换
·查找-大型、高吞吐量（核心路由器）
-需要奇偶的:宽的I/O(>64)
-带宽和精度的要求是最重要的
-存储器选择：SDR (<10Gb/s) -> DDR/FCRAM (10Gb/s) -> RL DRAM /DDR II (10Gb/s-40Gb/s)
-操作：地址转换
·队列/包的管理
-延时 #1,随机读和写-无法预测的数据模式
-存储器选择：ZBT -> QDR
-操作：队列管理和流程控制
·流量整形/管理
-以突发为导向、窄的 I/O总线 (x18/x36)
-存储器选择：ZBT -> QDR
-操作：基于管理的路由表
·统计
-随机读/写，读操作占优势的，窄的 I/O总线 (x18/x36)
-存储器选择：ZBT -> QDR
-操作：为信息包跟踪数据，流量统计
·信息包单元缓冲器
-大的间隔尺度，宽的I/O总线 (>64bit)
-带宽为首要目标
-成本敏感的
-存储器选择：SDR -> DDR/FCRAM->RL DRAM /DDR II
-操作：处理不同尺寸的IP包（128B）
DDR接口设计的实现
至此，我们讨论了不同的存储器结构以及它们适用于系统中的哪些部分。
由于DDR在增长着的多种的数字设计中的认可率，本文剩余的部分将致力于DDR存储器，以及在 FPGA 中的DDR接口的实现。
在许多系统设计中，工程师将选用 FPGA 作为存储控制器（图 4）。
选用 FPGA 的优势在于它固有的灵活性。
不和微处理器， FPGA 结构通常能够提供DDR存储控制及其所需的电气接口。
采用 FPGA 作为存储控制器时，一个常见高速接口的需求，如同DDR所要求的一样。
由于许多 FPGA 布线资源的不确定性和有限的I/O速度，因此所要求的I/相关的时钟经常是设计的挑战。
当DDR速度高于200Mbps时，诸如温度和电压等环境因素也将影响必需的I/O性能。
器双倍于标准S DRAM 数据率的数据传送能力并不总是福音。
DDR I/O的高速度和非常短的DDR数据窗口，形成了重要存储控制器可靠地工作所需的速度（ 200MHZ 通过FR-4 PCB走线）使得PCB布局成为挑战。
而且，将一个DDR接口置灵活的 FPGA 结构，使得设计者在一个固有的不确定的布线结构中满足极为临界和紧绷的时序的工作变得相对复杂。
FPGA 中实现一个高速的DDR接口时，习惯于 FPGA 的高速和灵活性的设计者经常会惊讶地发现他们有可能遇到了困困难不是来自功能性的问题，而是来自在FR4和 FPGA 布线中信号传播速度的数量级下和数据窗口打交道的自然结果温度和电压引起的不同逻辑速度使得这些时序要求更为复杂。
与通用时钟信号相比，需要对选通信号进行控制和预处DR设计的实现进一步复杂化。
设计工程师不能再指望简单地将数据和地址线连接起来得到一个可靠的高速存储器接口。