參考資料

《pg150-ultrascale-memory-ip》

以該手冊的脈絡(luò)為主線，對DDR3/4控制器進(jìn)行探討。

1.IP核結(jié)構(gòu)

根據(jù)官方提供的資料，IP核主要劃分為三個部分，分別是用戶接口，內(nèi)存控制器以及物理層接口。對于用戶來說，我們需要研究清楚的是用戶接口部分內(nèi)容，其余兩部分只需了解即可，這里就不展開論述。

讀寫效率

X8是表示，該內(nèi)存顆粒的數(shù)據(jù)總線為8bit。常見的還有x4/x16。

2.讀寫時序userinterface操作

整個DDR的IP核應(yīng)用，主要都是圍繞這以下幾個路徑進(jìn)行，開發(fā)者直接打交道的是IP_core的userinterface。其他物理底層的內(nèi)容，由IP自行完成。主要指令路徑包括：Command Path、write_Path、read_Path以及維護(hù)指令（Maintenance Commands）。

Command Path

顧名思義，就是讀寫操作指令寫入的路徑。當(dāng)app_rdy與app_en都有效的時候，新的指令才能寫入命令FIFO里，并被執(zhí)行。

Write Path

數(shù)據(jù)內(nèi)容寫入IP核的路徑。

從上述的時序圖看來，與寫入路徑相關(guān)的信號有app_adf_data、app_wdf_wren以及app_wdf_end。雖然說，寫入的數(shù)據(jù)路徑與指令路徑可以不對齊，但實際應(yīng)用過程中，建議還是對齊操作，要不然容易出問題（后續(xù)調(diào)試測試的內(nèi)容有提到）。

pp_wdf_end為高，表示該數(shù)據(jù)這次寫入請求的最后一個數(shù)。以上圖為例，4：1mode是指用戶接口時鐘與物理層驅(qū)動DDR的時鐘之比為1：4。比如用戶接口的數(shù)據(jù)總線為64bit，物理層驅(qū)動DDR芯片位寬為8bit ,BL=8, 在4：1mode下,那么正好一個用戶clk可以執(zhí)行完一次突發(fā)傳輸（DDR是在時鐘上升沿和下降沿都傳輸數(shù)據(jù)）。所以在執(zhí)行傳輸?shù)倪^程中，app_wdf_end為高。

Read Path

數(shù)據(jù)從IP核中讀出來的路徑。

Maintenance Commands(維護(hù)指令)

這里可以解析為什么讀寫效率不能夠達(dá)到百分百，由于ddr需要刷新等導(dǎo)致。其中啟動刷新有兩種模式，一種是自動刷新，即IP核自己產(chǎn)生滿足時序的刷新請求，另外一種是通過選中“啟用用戶刷新和ZQCS輸入”選項來啟用用戶模式。在此模式下，當(dāng)init_calib_complete有效之后，由用戶負(fù)責(zé)發(fā)出Refresh和ZQCS命令以滿足DRAM組件規(guī)范所要求的速率。ZQCS是用于ZQ 校準(zhǔn)，這個與ODT相關(guān)。

擴(kuò)展一下：

ODT（On-Die Termination），是從DDR2 SDRAM時代開始新增的功能。其允許用戶通過讀寫MR1寄存器，來控制DDR3 SDRAM中內(nèi)部的終端電阻的連接或者斷開。

為什么要用ODT？一個DDR通道，通常會掛接多個Rank，這些Rank的數(shù)據(jù)線、地址線等等都是共用；數(shù)據(jù)信號也就依次傳遞到每個Rank，到達(dá)線路末端的時候，波形會有反射，從而影響到原始信號；因此需要加上終端電阻，吸收余波。之前的DDR，終端電阻做在板子上，但是因為種種原因，效果不是太好，到了DDR2，把終端電阻做到了DDR顆粒內(nèi)部，也就稱為On Die Termination，Die上的終端電阻，Die是硅片的意思，這里也就是DDR顆粒。

所以，使用ODT的目的很簡單，是為了讓DQS、RDQS、DQ和DM信號在終結(jié)電阻處消耗完，防止這些信號在電路上形成反射，進(jìn)而增強(qiáng)信號完整性。

3.對IP核進(jìn)行二次封裝

建議對IP核的User_interface再封裝一層，對外只需預(yù)留例如wr_en/wr_data以及rd_en/rd_data等信號，類似于讀寫FIFO的端口，提高模塊的后期復(fù)用。

4.調(diào)試與測試記錄

手冊梳理得差不多了，寫個簡單的程序仿真測試。期間碰到了些問題，分享出來記錄一下。

cmd_path與write_path沒對齊。

圖中所示，app_rdy為低，但是wdf_wren仍然為高，短期的話應(yīng)該沒有什么問題，但是如果持續(xù)一段時間，必然會導(dǎo)致IP核中fifo被寫滿，導(dǎo)致異常。

解決辦法：

令指令與數(shù)據(jù)路徑命令對齊。在寫入的時候，當(dāng)app_rdy與app_wdf_rdy都有效的時候，才觸發(fā)相應(yīng)的動作。

數(shù)據(jù)沒有寫入，導(dǎo)致回讀出來的數(shù)據(jù)不對。

從時序上來看，寫入沒有問題。但是我當(dāng)初忽略了app_wdf_mask，這個沒有賦值（正常應(yīng)該賦0），導(dǎo)致仿真的時候，該信號一致顯示高阻態(tài)。然后發(fā)現(xiàn)ddr4_dm_dbi_n（雙向信號）信號異常。

讀出來的數(shù)據(jù)一直是0.

修改過來后，問題解決。

讀寫效率測試

Wr:

Rd:

MEM_ADDR_ORDER = "ROW_COLUMN_BANK";

Wr:

Rd:

仔細(xì)的話，可以觀察clk與app_rdy之間的關(guān)系，不難發(fā)現(xiàn)為什么兩者的讀寫效率會相差這么大。不同的地址排列，在每次讀寫過程中，IP的效率有很大的關(guān)系，這個與DDR的實現(xiàn)機(jī)制有關(guān)。詳細(xì)情況在PG150里有相關(guān)說明。

編輯：jq