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嵌入式开发经验:AMBA-AHB总线SDRAM控制器的设计

2013-12-25 11:08
FlappyBird
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  作者:韩良,刘卫东

  为了在嵌入式系统设计中实现对SDRAM存储器的访问,本文提出了一种基于AMBA-AHB总线规范的SDRAM控制器设计方案。方案首先简要介绍了AMBA总线规范,然后在完成整个存储控制器的整体框架设计的基础上给出了SDRAM控制器的实现原理以及详细的子模块划分。整个控制器的设计已用Verilog HDL语言实现并通过了Modelsim仿真和FPGA验证。仿真结果表明所设计的控制器符合SDRAM内部指令操作,并且满足了严格的时序要求。

  0 引言

  随着大规模集成电路和高速、低功耗、高密度存储技术的发展,SDRAM动态存储器因容量大、速度快、价格低廉等优点,现已成为PC内存的主流。然而SDRAM存储器内部控制逻辑十分复杂,时序要求也非常严格,因此需要设计专门的SDRAM 控制器来实现系统对SDRAM的访问。

  存储控制器是嵌入式微处理器中AMBA-AHB总线与片外存储设备之间的接口,完成总线主设备(CPU或DMA)与片外存储设备(SDRAM或SRAM)的数据传输,其功能与性能决定着嵌入式微处理器所支持的外部存储器的类型以及外部存储器的访问速度,进而决定着整个嵌入式系统的处理速度。AMBA总线规范成为嵌入了式微处理器内片上总线的标准,设计基于AMBA总线标准,支持嵌入式系统常用存储器类型的存储控制器IP具有非常大的现实意义。

  1 AMBA 总线简介

  典型的基于AMBA总线的微控制器架构如图1所示。

嵌入式开发经验:AMBA-AHB总线SDRAM控制器的设计

  它包含一个作为系统骨架的AHB(Advanced High-Performance Bus)或ASB总线,可实现CPU或DMA模块与片外存储器之间的大量数据通信,以获得大的带宽。

  另外,在这条高性能总线上还有一个桥接器以连接低带宽的APB,而在APB上连接着大多数的系统外设。用户可以各自独立设计基于这个规范的微处理器以及外围IP,提高了系统的开发效率及模块的可重用型.

  其中,AHB 总线是一种支持多总线主机的高性能总线,用于高性能、高时钟频率的系统,它保证了处理器与片外存储器的有效连接。一个完整的AHB传输过程可以分为地址传输阶段和数据传输阶段,地址传输阶段传输地址和控制信号,而数据传输阶段传输的是读写数据和响应信号。AHB 总线支持流水线传输,也就是说在前一个数据传输阶段可以同时进行下一个地址传输阶段,前后不同的传输阶段可以重叠起来以提高系统的数据处理速度。

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