Xilinx的DDR4 IP

本文详细描述了在Xilinx平台使用Vivado2021配置DDR4SDRAMIP的过程,包括选择控制器/PHY模式、内存接口速度、时钟比率等关键设置,并介绍了AXI连接和高级时钟配置选项。

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        这几天在做xilinx的DDR4 IP的faga实现,记录一下。话不多说,直接进入正题,前面的IP生成流程带一下:左侧IP Catalog后搜索DDR4,选择DDR4 SDRAM(MIG),点进去配置(工具是Vivado2021):

        1.Basic如下图:

                   

上图中需要注意和配置的是:

1.controller/PHY Mode:选择你需要的DDR的类型,是control加phy,还是只用phy,或者是phy加Pingpang,一般选择Controller and physical layer,如果要接入到AXI总线,选择AXI4 interface。

2.memory device interface speed:选择DDR4内部运行时钟,框中填写的是DDR4的单时钟周期。例如选择1600ps的话,频率就是1000000000000/1600=625Mhz。我们这里选择625M。

3.PHY to controller clock frequency ratio意思是DDR与phy的频率比,这里一般选择默认的4:1,细想一下DDR通常是双沿采样,频率选择4:1的话,实际上总线上面走一拍的数据,实际上DDR已经读取或者写入了4次。

4.reference input clock speed:定义DDR4 IP核的输入参考时钟周期,这里我们设置100M。

5.configuration and memory part:选择DDR的类型和memory的型号,这个需要在DDR的手册上面去查找它的具体类型和型号。

DIMM:双列直插式存储模块,是指奔腾CPU推出后出现的新型内存条,提供了64位的数据通道。

SO-DIMM:小外形双双列直插式内存模块,是一种采用集成电路的计算机存储器。

我么这里选择SODIMMS。memory的具体类型选择MTA8ATF1G64HZ-2G3。

6.slot:单插槽还是双插槽,我们用的是19P的板子试单插槽,选择single。

8.Data Width:由所选用的DDR颗粒数据宽度和数量决定,若DDR颗粒位宽为16bit,共选用4片DDR4,那么此处数据位宽为64。我们选用的是金士顿的DDR,8个颗粒每个颗粒是8bit,总位宽64bit。

9.Force Read and Write commands to use AutoPrecharge,enable autoprecharge input,enable user refresh and ZQCS input:此三个选项需要对DDR、自身应用程序有较深的认识时勾选,目的在于提高读写的效率,由用户自行控制预充电、自刷新、ZQCS保持命令。当不勾选时,IP核自动控制预充电、刷新、ZQCS命令,默认不勾选。

2.AXI options如下图:

        这里是对DDR与总线的AXI相连的一些位宽的选择,只需要注意第一个数据的位宽要和前面DDR的位宽相对应,

        Arbitration scheme 仲裁机制,影响不同的ID访问的调度策略,一般选择默认的RD PR IREG.

3.Advanced clock如下图:

这里需要注意一下的是:DDR可以最多生成4个同步时钟给其他的设计用,并且可以配置频率。后面的两项Advanced Option 和I/O planing基本不需要配置。就不在赘述。

        我用的DDR是金士顿的KVR26S19S8/8-SP,FPGA是XCVU19P。

### 如何配置和设置 DDR4 IP FPGA 设计流程 #### 配置环境准备 为了成功配置DDR4 IP,在FPGA设计环境中需先安装并配置好相应的工具链版本,确保所使用的Vivado IDE是最新的稳定版。对于特定型号如XCKU3P-2FFVA676I的Kintex Ultrascale+系列器件,确认其支持目标DDR4内存颗粒MT40A512M16LY-075E的工作参数范围即750MHz至1333MHz时钟频率以及单颗容量为1GB。 #### 创建工程与导入IP库 启动Vivado后新建项目,指定顶层模块名称及路径;随后进入IP Catalog查找Memory Interfaces分类下的`ddr4_0`项来添加DDR4控制器实到当前设计中[^1]。 #### 参数定制DDR4 IP Core 双击打开已加入项目的DDR4 IP进行配置: - **General Settings** - 设置Target Frequency (MHz),依据选用的具体DDR4 SDRAM规格书中的规定值设定此参数。 - **Controller Options** - 启用或禁用特性选项比如ODT(On-Die Termination), DLL(Delay Locked Loop)等功能以匹配外部存储设备的要求。 - **PHY Options** - 调整物理层相关属性,包括但不限于差分输入输出缓冲区模式、驱动强度等细节调整以便优信号完整性表现。 - **Calibration Options** - 自定义校准过程的行为方式,如允许自动执行初始序列或是手动干预某些阶段。 - **Reset Configuration** - 关键区别在于复位逻辑电平的选择——不同于以往DDR3采用低电平有效的机制,现在应设为高电平有效以适应新标准。 完成上述各项设定之后点击OK保存更改并将生成好的HDL文件纳入整体RTL层次结构之中。 #### 进行仿真验证 利用ModelSim或其他兼容模拟平台加载由MIG自动生成的testbench脚本开展功能性和时序方面的检验工作,确保预期行为无误后再推进下一步骤。 #### 实物连接调试 最后一步涉及硬件层面的实际连线布局规划,按照原理图指示精确焊接各元件间的关系,并借助在线编程手段下载比特流映像给定型板卡实施最终的功能检测环节。 ```python # Python伪代码用于说明自动测试部分概念而非真实语法 def ddr4_test(): write_data = list(range(1001)) # 准备要写入的数据集 read_back = [] # 初始回读缓存列表 for i in range(len(write_data)): send_to_ddr4(i, write_data[i]) # 发送数据到DDR4 for j in range(len(write_data)): read_back.append(read_from_ddr4(j))# 从DDR4逐个位置读取回来 error_flag = False # 错误标志默认关闭状态 for k in range(len(write_data)): if write_data[k] != read_back[k]: error_flag = True # 若发现差异则标记存在错误 update_led(error_flag) # 更新LED显示结果反馈给用户 ```
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