SDRAM

本文详细介绍了SDRAM的工作原理,包括同步动态随机存取、内部结构和存储单元的构成。重点阐述了SDRAM的初始化流程,如预充电、刷新命令和配置模式寄存器。此外,还讨论了自动刷新的重要性及其操作时序,并提到了仲裁模块的设计以解决多个操作间的冲突。最后,介绍了引入读写FIFO来解决数据丢失问题。

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1.SDRAM简介:

SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory),同步动态随机存储器。同步、动态、随机是其性能特点的外在说明:

  • 同步(Synchronous )是指内存工作需要同步时钟,内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准
  • 动态(Dynamic )是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失
  • 随机(Random )是指数据不是线性依次存储,而是自由指定地址进行数据读写

SDRAM具有空间存储量大、读写速度快、价格相对便宜等优点。然而由于SDRAM内部利用电容来存储数据,为保证数据不丢失,需要持续对各存储电容进行刷新操作;同时在读写过程中需要考虑行列管理、各种操作延时等,由此导致了其控制逻辑复杂的特点

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对于 SDRAM,我们将类比于单元格的存储空间称之为存储单元,N(行列个数乘积)个存储单元构成一个存储阵列,这个存储阵列称之为一个逻辑Bank(Logical Bank,Bank)。SDRAM 内部分割为若干个 Bank。若干 Bank 的分割,原因一是基于技术、成本考量;二是由于 SDRAM 的工作原理限制,单一 Bank 可能会造成非常严重的寻址冲突。

这样一来,在对 SDRAM 进行数据读写时要先确定 Bank 地址,再依次确定行地址和列地址,进而进行数据的读写操作,而且一次只能对一个 Bank 的一个存储单元进行操作

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对SDRAM的读写是针对存储单元进行的,对SDRAM来说一个存储单元的容量等于数据总线的位宽,单位是bit

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SDRAM存储数据是利用了电容能够保持电荷以及其充放电特性。一位数据的存取电路如上图所示,该存储单元主要由行列选通三极管,存储电容,刷新放大器组成。对于这一位的数据,要想将其读取出来,首先需要打开行地址(激活/active),然后打开列地址,则电容的电平状态就能呈现在数据IO(data bit)上,即实现了读取。或者,数据线上的电平值被送到电容上,从而实现写入数据

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SDRAM 内部功能框图如下:
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对SDRAM的操作,是通过对应命令来实现的,这些命令由CS_N,RAS_N,CAS_N,WE_N这几个控制信号组合成不同的状态以表示。同时,ADDR总线和DQM总线作为辅助信号,提供与命令相对应的参数(设置模式寄存器)或地址(读写命令)

需要的命令如下:
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2.SDRAM初始化:

SDRAM 的初始化是芯片上电后必须进行的一项操作,只有进行了初始化操作的 SDRAM 芯片才可被正常使用。SDRAM 的初始化是一套预先定义好的

### SDRAM 技术介绍 #### 定义与特点 SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory),即同步动态随机存取存储器,是一种与CPU时钟信号同步工作的内存类型。这意味着在每个时钟周期内,当CPU发出一个时钟信号时,SDRAM会在该时钟信号的上升沿或下降沿响应,从而执行数据读取或写入操作[^2]。 #### 工作原理 SDRAM的工作机制基于其与时钟信号的紧密配合。为了维持数据的一致性和准确性,SDRAM需要定期进行刷新操作。这种特性使得SDRAM能够在高速运行的同时保持较低的成本和功耗。此外,SDRAM的发展历程表明它是在传统的DRAM基础上进行了改进,以适应更高的性能需求[^1]。 #### 类型与发展 常见的SDRAM类型包括SDR SDRAM和DDR SDRAM。其中,DDR SDRAM(Double Data Rate SDRAM)代表双倍数据速率同步动态随机存取存储器,相比标准的SDR SDRAM,DDR SDRAM的数据传输速率提高了两倍,显著提升了系统的整体性能。 ### 应用领域 由于SDRAM具备高效能、低延迟以及良好的性价比等特点,因此被广泛应用在各类现代电子设备中,特别是作为计算机系统的主存储器。无论是台式机还是笔记本电脑,甚至是服务器和其他高性能计算平台,都可以看到SDRAM的身影。随着技术的进步,更高版本的DDR系列也逐渐成为主流选择,进一步推动了信息技术产业的发展。 ```python # Python代码示例:模拟简单的SDRAM读写过程 class SimpleSDRAM: def __init__(self, size=1024): self.memory = [0] * size def read(self, address): # 模拟在一个时钟周期内的读取操作 data = self.memory[address] print(f"Read from {address}: {data}") return data def write(self, address, value): # 模拟在一个时钟周期内的写入操作 self.memory[address] = value print(f"Wrote to {address}: {value}") sdram_instance = SimpleSDRAM() sdram_instance.write(10, 987) read_data = sdram_instance.read(10) ```
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