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sdram驱动篇之简易sdram控制器的verilog代码实现

yf869778412 yf869778412     2022-10-02     660

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在Kevin写的上一篇博文《SDRAM理论篇之基础知识及操作时序》中，已经把SDRAM工作的基本原理和SDRAM初始化、读、写及自动刷新操作的时序讲清楚了，在这一片博文中，Kevin来根据在上一篇博文中分析的思路来把写一个简单的SDRAM控制器。

我们在上一篇博文中提到了这样一个问题，SDRAM是每隔15us进行刷新一次，但是如果当SDRAM需要进行刷新时，而SDRAM正在写数据，这两个操作之间怎么进行协调呢？因为我们是肯定需要保证写的数据不能丢失，所以，我们可以考虑这样来做：如果刷新的时间到了，先让写操作把正在写的4个数据（突发长度为4）写完，然后再去进行刷新操作。而如果在执行读操作也遇到需要刷新的情况，我们也可以这样来做，先让数据读完，再去执行刷新操作。

大家看完可能会想，说是这么说，那代码怎么来写呢？似乎还是没什么思路。大家可以想象一下，我们写的SDRAM控制器是肯定包括初始化、读操作、写操作及自动刷新这些操作的，既然这样，我们就可以给每一个操作写上一个模块独立开来，这样也便于我们每个模块的调试，显然这种思路是正确的。那怎么让我们的各个模块工作起来呢，虽然都是独立的模块，但很显然这几个模块之间又是相互关联的。就拿上面刚才说的那个情况来讲，如果SDRAM需要刷新了，而SDRAM却正在执行写操作，那我们刷新模块与写模块之间怎么进行控制呢？这个问题解决了，读模块与刷新模块之间的这个问题也可以很轻松的解决。大家不妨可以自己先想一下。

主状态机与各模块间的连线

为了解决各个模块之间不方便控制的情况，我们引入一个新的机制 ——“仲裁”机制。“仲裁”用来干什么呢？在这里边，“仲裁”相当于我们这个SDRAM控制器的老大，对SDRAM的各个操作统一协调：读、写及自动刷新都由“仲裁”来控制。说到这里，显然我们可以再写一个“仲裁”模块，既然在仲裁模块中要控制这么多操作，那自然而然的肯定想到了利用状态机。那我们的状态机怎么来设计呢？请看下图：

技术分享图片

只给一个状态机的图，Kevin还是觉得不够说明问题，再上一个模块之间的示意图：

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在讲之前，Kevin 要给大家打一下预防针：在接下来讲的过程中，大家一定要搞清楚Kevin说的是模块之间连线的关系还是状态机之间跳转的关系哦。

在仲裁模块中，初始化操作完成之后便进入到了“ARBIT”仲裁状态，只有处于仲裁状态的时候，“仲裁老大”才能进行下命令。我们先来模拟一下，当状态机处于“WRITE”写状态时，如果SDRAM刷新的时间到了，刷新模块同时向写模块和仲裁模块发送刷新请求ref_req信号，当写模块接受到ref_req之后，写模块在写完当前4个数据（突发长度为4）之后，写模块的写结束标志flag_wr_end拉高，然后状态机进入“ARBIT”仲裁状态，处于仲裁状态之后，此时有刷新请求ref_req，然后状态机跳转到“AREF”状态并且仲裁模块发送ref_en刷新使能，然后呢，刷新模块将刷新请求信号ref_req拉低并给sdram发送刷新的命令。等刷新完毕之后，刷新模块给仲裁模块发送flag_ref_end刷新结束标志，状态机跳转到“ARBIT”仲裁状态。

注意了，当刷新完跳转到“ARBIT”仲裁状态之后，如果之前我们的全部数据仍然没有写完（Kevin指的是全部数据，并不是一个突发长度的4个数据哦），那么此时我们仍然要给仲裁模块写请求“wr_req”，然后仲裁模块经过一系列判断之后，如果符合写操作的时机，那就给写模块一个写使能信号“wr_en”，然后跳转到“WRITE”写状态并且写模块开始工作。

对于读模块与刷新操作之间的协调，相信大家应该也能想象得到了，Kevin在这里就不再啰嗦了。

仲裁模块（顶层模块）代码介绍

下面先看一下在我们的仲裁模块（顶层模块）中状态机的定义：

  1. //state
  2. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  3. if(s_rst_n == 1‘b0)
  4. state <= IDLE;
  5. else case(state)
  6. IDLE:
  7. if(key[0] == 1‘b1)
  8. state <= INIT;
  9. else
  10. state <= IDLE;
  11. INIT:
  12. if(flag_init_end == 1‘b1) //初始化结束标志
  13. state <= ARBIT;
  14. else
  15. state <= INIT;
  16. ARBIT:
  17. if(ref_req == 1‘b1) //刷新请求到来且已经写完
  18. state <= AREF;
  19. else if(ref_req == 1‘b0 && rd_en == 1‘b1) //默认读操作优先于写操作
  20. state <= READ;
  21. else if(ref_req == 1‘b0 && wr_en == 1‘b1) //无刷新请求且写请求到来
  22. state <= WRITE;
  23. else
  24. state <= ARBIT;
  25. AREF:
  26. if(flag_ref_end == 1‘b1)
  27. state <= ARBIT;
  28. else
  29. state <= AREF;
  30. WRITE:
  31. if(flag_wr_end == 1‘b1)
  32. state <= ARBIT;
  33. else
  34. state <= WRITE;
  35. READ:
  36. if(flag_rd_end == 1‘b1)
  37. state <= ARBIT;
  38. else
  39. state <= READ;
  40. default:
  41. state <= IDLE;
  42. endcase

下面简单的介绍一下状态机代码：

key[0]作为我们初始化的一个使能信号，如果是实际下板子的时候，我们还需要给按键加一个按键消抖模块。当按键0按下之后，代表我们的SDRAM的初始化使能信号来了，所以状态机从“IDLE”跳转到了“INIT”状态。在初始化状态，如果我们的初始化模块传来了初始化结束标志“flag_init_end”，那状态机跳转到“ARBIT”仲裁状态，在仲裁状态中，第一个“if”是判断刷新请求的，这也就说明了我们刷新的优先级最高。之后，如果处于仲裁状态，来了读使能信号或者写使能信号并且没有刷新请求，那状态机就跳转到对应的状态。如果处于读或写的状态，当读结束标志或者写结束标志来临的时候（这里的写结束标志和读结束标志都是指突发读或突发写的结束标志），那么就会跳转到仲裁状态。

初始化模块代码简单介绍

下面再简单的看下初始化模块中的代码：

  1. /***********************************************
  2. * Module Name : sdram_init
  3. * Engineer : Kevin
  4. * Function : sdram初始化模块
  5. * Date : 2016.01.10
  6. * Blog Website : dengkanwen.com
  7. * Version : v1.0
  8. ***********************************************/
  9. module sdram_init(
  10. input wire sclk, //系统时钟为50M，即T=20ns
  11. input wire s_rst_n,
  13. output reg [3:0] cmd_reg, //sdram命令寄存器
  14. output reg [11:0] sdram_addr, //地址线
  15. output reg [1:0] sdram_bank, //bank地址
  16. output reg flag_init_end //sdram初始化结束标志
  17. );
  19. parameter CMD_END = 4‘d11, //初始化结束时的命令计数器的值
  20. CNT_200US = 14‘d1_0000,
  21. NOP = 4‘b0111, //空操作命令
  22. PRECHARGE = 4‘b0010, //预充电命令
  23. AUTO_REF = 4‘b0001, //自刷新命令
  24. MRSET = 4‘b0000; //模式寄存器设置命令
  25.  
  26. reg [13:0] cnt_200us; //200us计数器
  27. reg flag_200us; //200us结束标志（200us结束后，一直拉高）
  28. reg [3:0] cnt_cmd; //命令计数器，便于控制在某个时候发送特定指令
  29. reg flag_init; //初始化标志：初始化结束后，该标志拉低
  30. //flag_init
  31. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  32. if(s_rst_n == 1‘b0)
  33. flag_init <= 1‘b1;
  34. else if(cnt_cmd == CMD_END)
  35. flag_init <= 1‘b0;
  36. //cnt_200us
  37. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  38. if(s_rst_n == 1‘b0)
  39. cnt_200us <= 14‘d0;
  40. else if(cnt_200us == CNT_200US)
  41. cnt_200us <= 14‘d0;
  42. else if(flag_200us == 1‘b0)
  43. cnt_200us <= cnt_200us + 1‘b1;
  44. //flag_200us
  45. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  46. if(s_rst_n == 1‘b0)
  47. flag_200us <= 1‘b0;
  48. else if(cnt_200us == CNT_200US)
  49. flag_200us <= 1‘b1;
  50. //cnt_cmd
  51. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  52. if(s_rst_n == 1‘b0)
  53. cnt_cmd <= 4‘d0;
  54. else if(flag_200us == 1‘b1 && flag_init == 1‘b1)
  55. cnt_cmd <= cnt_cmd + 1‘b1;
  56. //flag_init_end
  57. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  58. if(s_rst_n == 1‘b0)
  59. flag_init_end <= 1‘b0;
  60. else if(cnt_cmd == CMD_END)
  61. flag_init_end <= 1‘b1;
  62. else
  63. flag_init_end <= 1‘b0;
  64. //cmd_reg
  65. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  66. if(s_rst_n == 1‘b0)
  67. cmd_reg <= NOP;
  68. else if(cnt_200us == CNT_200US)
  69. cmd_reg <= PRECHARGE;
  70. else if(flag_200us)
  71. case(cnt_cmd)
  72. 4‘d0:
  73. cmd_reg <= AUTO_REF; //预充电命令
  74. 4‘d6:
  75. cmd_reg <= AUTO_REF;
  76. 4‘d10:
  77. cmd_reg <= MRSET; //模式寄存器设置
  78. default:
  79. cmd_reg <= NOP;
  80. endcase
  81. //sdram_addr
  82. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  83. if(s_rst_n == 1‘b0)
  84. sdram_addr <= 12‘d0;
  85. else case(cnt_cmd)
  86. 4‘d0:
  87. sdram_addr <= 12‘b0100_0000_0000; //预充电时，A10拉高，对所有Bank操作
  88. 4‘d10:
  89. sdram_addr <= 12‘b0000_0011_0010; //模式寄存器设置时的指令:CAS=2,Burst Length=4;
  90. default:
  91. sdram_addr <= 12‘d0;
  92. endcase
  93. //sdram_bank
  94. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  95. if(s_rst_n == 1‘b0)
  96. sdram_bank <= 2‘d0; //这里仅仅只是初始化，在模式寄存器设置时才会用到且其值为全零，故不赋值
  97.  
  98. //sdram_clk
  99. assign sdram_clk = ~sclk;
  101. endmodule

下面我们来结合代码回顾下初始化过程：

首先，我们需要有200us的稳定期，所以我们便有了一个200us的计数器cnt_200us，而这个计数器是根据flag_200us的低电平来工作的。大家可以看到，falg_200us在200us计时之后一直拉高。在200us计满，即flag_200us拉高之后，我们就需要先给一个“NOP”命令，然后给两次“Precharge”命令，同时选中ALL Banks。

SDRAM写模块介绍

下面咱们先不对SDRAM的初始化进行仿真，等把全部的模块讲完再来仿真。接下来再继续说写操作：首先在我们的仲裁模块，初始化完成之后，就已经跳转到“ARBIT”仲裁状态了，然后，我们在testbench中模拟一个外部的写请求信号。咱们先看下写模块的代码：

 

  1. module sdram_write(
  2. input wire sclk,
  3. input wire s_rst_n,
  4. input wire key_wr,
  5. input wire wr_en, //来自仲裁模块的写使能
  6. input wire ref_req, //来自刷新模块的刷新请求
  7. input wire [5:0] state, //顶层模块的状态
  9. output reg [15:0] sdram_dq, //sdram输入/输出端口
  10. //output reg [3:0] sdram_dqm, //输入/输出掩码
  11. output reg [11:0] sdram_addr, //sdram地址线
  12. output reg [1:0] sdram_bank, //sdram的bank地址线
  13. output reg [3:0] sdram_cmd, //sdram的命令寄存器
  14. output reg wr_req, //写请求（不在写状态时向仲裁进行写请求）
  15. output reg flag_wr_end //写结束标志（有刷新请求来时，向仲裁输出写结束）
  16. );
  18. parameter NOP = 4‘b0111, //NOP命令
  19. ACT = 4‘b0011, //ACT命令
  20. WR = 4‘b0100, //写命令（需要将A10拉高）
  21. PRE = 4‘b0010, //precharge命令
  22. CMD_END = 4‘d8,
  23. COL_END = 9‘d508, //最后四个列地址的第一个地址
  24. ROW_END = 12‘d4095, //行地址结束
  25. AREF = 6‘b10_0000, //自动刷新状态
  26. WRITE = 6‘b00_1000; //状态机的写状态
  28. reg flag_act; //需要发送ACT的标志
  29. reg [3:0] cmd_cnt; //命令计数器
  30. reg [11:0] row_addr; //行地址
  31. reg [11:0] row_addr_reg; //行地址寄存器
  32. reg [8:0] col_addr; //列地址
  33. reg flag_pre; //在sdram内部为写状态时需要给precharge命令的标志
  34.  
  35. //flag_pre
  36. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  37. if(s_rst_n == 1‘b0)
  38. flag_pre <= 1‘b0;
  39. else if(col_addr == 9‘d0 && flag_wr_end == 1‘b1)
  40. flag_pre <= 1‘b1;
  41. else if(flag_wr_end == 1‘b1)
  42. flag_pre <= 1‘b0;
  44. //flag_act
  45. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  46. if(s_rst_n == 1‘b0)
  47. flag_act <= 1‘b0;
  48. else if(flag_wr_end)
  49. flag_act <= 1‘b0;
  50. else if(ref_req == 1‘b1 && state == AREF)
  51. flag_act <= 1‘b1;
  52. //wr_req
  53. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  54. if(s_rst_n == 1‘b0)
  55. wr_req <= 1‘b0;
  56. else if(wr_en == 1‘b1)
  57. wr_req <= 1‘b0;
  58. else if(state != WRITE && key_wr == 1‘b1)
  59. wr_req <= 1‘b1;
  60. //flag_wr_end
  61. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  62. if(s_rst_n == 1‘b0)
  63. flag_wr_end <= 1‘b0;
  64. else if(cmd_cnt == CMD_END)
  65. flag_wr_end <= 1‘b1;
  66. else
  67. flag_wr_end <= 1‘b0;
  68. //cmd_cnt
  69. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  70. if(s_rst_n == 1‘b0)
  71. cmd_cnt <= 4‘d0;
  72. else if(state == WRITE)
  73. cmd_cnt <= cmd_cnt + 1‘b1;
  74. else
  75. cmd_cnt <= 4‘d0;
  77. //sdram_cmd
  78. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  79. if(s_rst_n == 1‘b0)
  80. sdram_cmd <= 4‘d0;
  81. else case(cmd_cnt)
  82. 3‘d1:
  83. if(flag_pre == 1‘b1)
  84. sdram_cmd <= PRE;
  85. else
  86. sdram_cmd <= NOP;
  87. 3‘d2:
  88. if(flag_act == 1‘b1 || col_addr == 9‘d0)
  89. sdram_cmd <= ACT;
  90. else
  91. sdram_cmd <= NOP;
  92. 3‘d3:
  93. sdram_cmd <= WR;
  94.  
  95. default:
  96. sdram_cmd <= NOP;
  97. endcase
  98. //sdram_dq
  99. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  100. if(s_rst_n == 1‘b0)
  101. sdram_dq <= 16‘d0;
  102. else case(cmd_cnt)
  103. 3‘d3:
  104. sdram_dq <= 16‘h0012;
  105. 3‘d4:
  106. sdram_dq <= 16‘h1203;
  107. 3‘d5:
  108. sdram_dq <= 16‘h562f;
  109. 3‘d6:
  110. sdram_dq <= 16‘hfe12;
  111. default:
  112. sdram_dq <= 16‘d0;
  113. endcase
  114. /* //sdram_dq_m
  115. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  116. if(s_rst_n == 1‘b0)
  117. sdram_dqm <= 4‘d0; */
  118. //row_addr_reg
  119. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  120. if(s_rst_n == 1‘b0)
  121. row_addr_reg <= 12‘d0;
  122. else if(row_addr_reg == ROW_END && col_addr == COL_END && cmd_cnt == CMD_END)
  123. row_addr_reg <= 12‘d0;
  124. else if(col_addr == COL_END && flag_wr_end == 1‘b1)
  125. row_addr_reg <= row_addr_reg + 1‘b1;
  127. //row_addr
  128. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  129. if(s_rst_n == 1‘b0)
  130. row_addr <= 12‘d0;
  131. else case(cmd_cnt)
  132. //因为下边的命令是通过行、列地址分开再给addr赋值，所以需要提前一个周期赋值，以保证在命令到来时能读到正确的地址
  133. 3‘d2:
  134. row_addr <= 12‘b0000_0000_0000; //在写命令时，不允许auto-precharge
  135. default:
  136. row_addr <= row_addr_reg;
  137. endcase
  138. //col_addr
  139. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  140. if(s_rst_n == 1‘b0)
  141. col_addr <= 9‘d0;
  142. else if(col_addr == COL_END && cmd_cnt == CMD_END)
  143. col_addr <= 9‘d0;
  144. else if(cmd_cnt == CMD_END)
  145. col_addr <= col_addr + 3‘d4;
  146. //sdram_addr
  147. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  148. if(s_rst_n == 1‘b0)
  149. sdram_addr <= 12‘d0;
  150. else case(cmd_cnt)
  151. 3‘d2:
  152. sdram_addr <= row_addr;
  153. 3‘d3:
  154. sdram_addr <= col_addr;
  156. default:
  157. sdram_addr <= row_addr;
  158. endcase
  159. //sdram_bank
  160. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  161. if(s_rst_n == 1‘b0)
  162. sdram_bank <= 2‘b00;
  163. endmodule

在我们的模块端口列表中，用key_wr来接收写请求信号，这个写请求信号，是在没有写完之前一直拉高的，在写完了全部数据之后才拉低的。当然这个代码的话，还是按照Kevin在上一篇博文中的理论来的，大家只要好好理解理论就可以很轻松的明白为什么代码要这样写了。

在写模块中，Kevin是让SDRAM循环着写16’h0012，16’h1203，16’h562f，16’hfe12这四个数据。

另外一点，在我们的这个写模块中，Kevin是在每写完4个数据，也就是突发结束后，有一个写完标志，从而使状态机跳转到仲裁状态，然后如果数据没写完，由于写请求是拉高的，所以如果此时没有刷新请求，那状态机还是会跳转到写状态继续写的。

SDRAM读操作模块

首先，咱们依然先上代码：

  1. module sdram_read(
  2. input wire sclk,
  3. input wire s_rst_n,
  4. input wire rd_en,
  5. input wire [5:0] state,
  6. input wire ref_req, //自动刷新请求
  7. input wire key_rd, //来自外部的读请求信号
  8. input wire [15:0] rd_dq, //sdram的数据端口
  10. output reg [3:0] sdram_cmd,
  11. output reg [11:0] sdram_addr,
  12. output reg [1:0] sdram_bank,
  13. output reg rd_req, //读请求
  14. output reg flag_rd_end //突发读结束标志
  15. );
  16.  
  17. parameter NOP = 4‘b0111,
  18. PRE = 4‘b0010,
  19. ACT = 4‘b0011,
  20. RD = 4‘b0101, //SDRAM的读命令（给读命令时需要给A10拉低）
  21. CMD_END = 4‘d12, //
  22. COL_END = 9‘d508, //最后四个列地址的第一个地址
  23. ROW_END = 12‘d4095, //行地址结束
  24. AREF = 6‘b10_0000, //自动刷新状态
  25. READ = 6‘b01_0000; //状态机的读状态
  27. reg [11:0] row_addr;
  28. reg [8:0] col_addr;
  29. reg [3:0] cmd_cnt;
  30. reg flag_act; //发送ACT命令标志（单独设立标志，便于跑高速）
  31.  
  32. //flag_act
  33. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  34. if(s_rst_n == 1‘b0)
  35. flag_act <= 1‘b0;
  36. else if(flag_rd_end == 1‘b1 && ref_req == 1‘b1)
  37. flag_act <= 1‘b1;
  38. else if(flag_rd_end == 1‘b1)
  39. flag_act <= 1‘b0;
  40. //rd_req
  41. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  42. if(s_rst_n == 1‘b0)
  43. rd_req <= 1‘b0;
  44. else if(rd_en == 1‘b1)
  45. rd_req <= 1‘b0;
  46. else if(key_rd == 1‘b1 && state != READ)
  47. rd_req <= 1‘b1;
  48. //cmd_cnt
  49. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  50. if(s_rst_n == 1‘b0)
  51. cmd_cnt <= 4‘d0;
  52. else if(state == READ)
  53. cmd_cnt <= cmd_cnt + 1‘b1;
  54. else
  55. cmd_cnt <= 4‘d0;
  56. //flag_rd_end
  57. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  58. if(s_rst_n == 1‘b0)
  59. flag_rd_end <= 1‘b0;
  60. else if(cmd_cnt == CMD_END)
  61. flag_rd_end <= 1‘b1;
  62. else
  63. flag_rd_end <= 1‘b0;
  64. //row_addr
  65. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  66. if(s_rst_n == 1‘b0)
  67. row_addr <= 12‘d0;
  68. else if(row_addr == ROW_END && col_addr == COL_END && flag_rd_end == 1‘b1)
  69. row_addr <= 12‘d0;
  70. else if(col_addr == COL_END && flag_rd_end == 1‘b1)
  71. row_addr <= row_addr + 1‘b1;
  72. //col_addr
  73. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  74. if(s_rst_n == 1‘b0)
  75. col_addr <= 9‘d0;
  76. else if(col_addr == COL_END && flag_rd_end == 1‘b1)
  77. col_addr <= 9‘d0;
  78. else if(flag_rd_end == 1‘b1)
  79. col_addr <= col_addr + 3‘d4;
  80. //cmd_cnt
  81. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  82. if(s_rst_n == 1‘b0)
  83. cmd_cnt <= 4‘d0;
  84. else if(state == READ)
  85. cmd_cnt <= cmd_cnt + 1‘b1;
  86. else
  87. cmd_cnt <= 4‘d0;
  88. //sdram_cmd
  89. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  90. if(s_rst_n == 1‘b0)
  91. sdram_cmd <= NOP;
  92. else case(cmd_cnt)
  93. 4‘d2:
  94. if(col_addr == 9‘d0)
  95. sdram_cmd <= PRE;
  96. else
  97. sdram_cmd <= NOP;
  98. 4‘d3:
  99. if(flag_act == 1‘b1 || col_addr == 9‘d0)
  100. sdram_cmd <= ACT;
  101. else
  102. sdram_cmd <= NOP;
  103. 4‘d4:
  104. sdram_cmd <= RD;
  105. default:
  106. sdram_cmd <= NOP;
  107. endcase
  108. //sdram_addr
  109. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  110. if(s_rst_n == 1‘b0)
  111. sdram_addr <= 12‘d0;
  112. else case(cmd_cnt)
  113. 4‘d4:
  114. sdram_addr <= {3‘d0, col_addr};
  115. default:
  116. sdram_addr <= row_addr;
  117. endcase
  118. //sdram_bank
  119. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  120. if(s_rst_n == 1‘b0)
  121. sdram_bank <= 2‘d0;
  123.  
  124. endmodule

其实读模块和写模块是极其相似的，所以在这里，Kevin就不做赘述，大家慢慢消化吧。

SDRAM自动刷新模块

自动刷新模块算是比较简单的，等15us的时间过了，就向仲裁模块发刷新请求，然后在刷新完成之后，产生刷新结束标志：

  1. /*****************************************************************
  2. * Module Name : auto_refresh
  3. * Enegineer : Kevin
  4. * Function : sdram自动刷新
  5. * Blog Website : http://dengkanwen.com
  6. * Comment : 在这个模块中并没有bank地址的输出线，需要在顶层模块中设置
  7. ******************************************************************/
  8. module auto_refresh(
  9. input wire sclk,
  10. input wire s_rst_n,
  11. input wire ref_en,
  12. input wire flag_init_end, //初始化结束标志（初始化结束后，启动自刷新标志）
  14. output reg [11:0] sdram_addr,
  15. output reg [1:0] sdram_bank,
  16. output reg ref_req,
  17. output reg [3:0] cmd_reg,
  18. output reg flag_ref_end
  19. );
  20.  
  21. parameter BANK = 12‘d0100_0000_0000, //自动刷新是对所有bank刷新
  22. CMD_END = 4‘d10,
  23. CNT_END = 10‘d749, //15us计时结束
  24. NOP = 4‘b0111, //
  25. PRE = 4‘b0010, //precharge命令
  26. AREF = 4‘b0001; //auto-refresh命令
  29. reg [9:0] cnt_15ms; //15ms计数器
  30. reg flag_ref; //处于自刷新阶段标志
  31. reg flag_start; //自动刷新启动标志
  32. reg [3:0] cnt_cmd; //指令计数器
  33. //flag_start
  34. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  35. if(s_rst_n == 1‘b0)
  36. flag_start <= 1‘b0;
  37. else if(flag_init_end == 1‘b1)
  38. flag_start <= 1‘b1;
  39. //cnt_15ms
  40. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  41. if(s_rst_n == 1‘b0)
  42. cnt_15ms <= 10‘d0;
  43. else if(cnt_15ms == CNT_END)
  44. cnt_15ms <= 10‘d0;
  45. else if(flag_start == 1‘b1)
  46. cnt_15ms <= cnt_15ms + 1‘b1;
  47. //flag_ref
  48. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  49. if(s_rst_n == 1‘b0)
  50. flag_ref <= 1‘b0;
  51. else if(cnt_cmd == CMD_END)
  52. flag_ref <= 1‘b0;
  53. else if(ref_en == 1‘b1)
  54. flag_ref <= 1‘b1;
  55. //cnt_cmd
  56. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  57. if(s_rst_n == 1‘b0)
  58. cnt_cmd <= 4‘d0;
  59. else if(flag_ref == 1‘b1)
  60. cnt_cmd <= cnt_cmd + 1‘b1;
  61. else
  62. cnt_cmd <= 4‘d0;
  63. //flag_ref_end
  64. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  65. if(s_rst_n == 1‘b0)
  66. flag_ref_end <= 1‘b0;
  67. else if(cnt_cmd == CMD_END)
  68. flag_ref_end <= 1‘b1;
  69. else
  70. flag_ref_end <= 1‘b0;
  71. //cmd_reg
  72. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  73. if(s_rst_n == 1‘b0)
  74. cmd_reg <= NOP;
  75. else case(cnt_cmd)
  76. 3‘d0:
  77. if(flag_ref == 1‘b1)
  78. cmd_reg <= PRE;
  79. else
  80. cmd_reg <= NOP;
  81. 3‘d1:
  82. cmd_reg <= AREF;
  83. 3‘d5:
  84. cmd_reg <= AREF;
  85. default:
  86. cmd_reg <= NOP;
  87. endcase
  88. //sdram_addr
  89. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  90. if(s_rst_n == 1‘b0)
  91. sdram_addr <= 12‘d0;
  92. else case(cnt_cmd)
  93. 4‘d0:
  94. sdram_addr <= BANK; //bank进行刷新时指定allbank or signle bank
  95. default:
  96. sdram_addr <= 12‘d0;
  97. endcase
  98. //sdram_bank
  99. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  100. if(s_rst_n == 1‘b0)
  101. sdram_bank <= 2‘d0; //刷新指定的bank
  102. //ref_req
  103. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  104. if(s_rst_n == 1‘b0)
  105. ref_req <= 1‘b0;
  106. else if(ref_en == 1‘b1)
  107. ref_req <= 1‘b0;
  108. else if(cnt_15ms == CNT_END)
  109. ref_req <= 1‘b1;
  110. //flag_ref_end
  111. always @(posedge sclk or negedge s_rst_n)
  112. if(s_rst_n == 1‘b0)
  113. flag_ref_end <= 1‘b0;
  114. else if(cnt_cmd == CMD_END)
  115. flag_ref_end <= 1‘b1;
  116. else
  117. flag_ref_end <= 1‘b0;
  118.  
  119. endmodule

至此，咱们的整个设计就已经讲完了，至于模块之间怎么连线，Kevin就不再硬性灌输了，留给大家自己完成吧。当然Kevin还是想提醒大家，因为SDRAM的数据总线是双向的，所以需要弄个三态门，在向SDRAM写数据的时候，模块定义的数据总线应为输出型，在接收数据时，需要定义成高阻态。

SDRAM仿真

设计讲完了，咱们来说下仿真，在我们仿真的时候，我们需要用到SDRAM的仿真模型（关于仿真模型，Kevin已经上传到“福利/文档手册”这个栏目下了）。

因为我们需要有一个200us的稳定期，所以我们可以先让Modelsim跑个200us，可以直接在命令窗口输入”run 200us”;200us的稳定器过了之后，接下来应该就是咱们的初始话了，所以我们在让modelsim跑600ns，下面是仿真的结果：

技术分享图片

技术分享图片

在上边的仿真中，我们已经知道SDRAM已经初始化成功了，设置的潜伏期为3，突发长度为4

下面我们再运行一段时间，就运行1us吧，往SDRAM中写数据：

技术分享图片

这里的写的数据，就是咱们在写模块中设置的那4个数，只是之前的是用16进制定义的，这里显示的是10进制。

然后我们再看一下读数据：技术分享图片

大家可以看下，我们读出来的数据和写进来的数据是不是一样的呢？

转载：http://blog.csdn.net/eydwyz/article/details/52945642

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