關(guān)于Prefetch和Burst相關(guān)的內(nèi)容

學(xué)習(xí)DDR有一段時(shí)間了，期間看了好多的資料（部分公司的培訓(xùn)資料、幾十篇的博文，Micron的Datasheet，JESD79規(guī)范等）。但是有一個(gè)問(wèn)題，想了好久（很多資料都沒(méi)有說(shuō)明白），至今才算搞明白，所以寫(xiě)一篇文章和大家分享一下。

如題，接下來(lái)要討論的主要是關(guān)于Prefetch和Burst相關(guān)的內(nèi)容。

1、Prefetch介紹

首先，簡(jiǎn)單介紹一下Prefetch技術(shù)。所謂prefetch，就是預(yù)加載，這是DDR時(shí)代提出的技術(shù)。在SDR中，并沒(méi)有這一技術(shù)，所以其每一個(gè)cell的存儲(chǔ)容量等于DQ的寬度（芯片數(shù)據(jù)IO位寬）?！娟P(guān)于什么是cell（存儲(chǔ)單元，可以去看一下，我之前的博文：http://blog.chinaaet.com/justlxy/p/5100051913）】

進(jìn)入DDR時(shí)代之后，就有了prefetch技術(shù)，DDR是兩位預(yù)?。?-bit Prefetch），有的公司則貼切的稱之為2-n Prefetch（n代表芯片位寬）。DDR2是四位預(yù)?。?-bit Prefetch），DDR3和DDR4都是八位預(yù)?。?-bit Prefetch）。而8-bit Prefetch可以使得內(nèi)核時(shí)鐘是DDR時(shí)鐘的四分之一，這也是Prefetch的根本意義所在。

補(bǔ)充說(shuō)明：芯片位寬的另一種說(shuō)法是配置模式（Configuration），在DDR3時(shí)代，一般有x4，x8，x16。

下面以DDR3為例，下圖是個(gè)簡(jiǎn)單 一個(gè)簡(jiǎn)單Read預(yù)取示意圖，Write可以看做是 個(gè)逆向過(guò)程。

當(dāng)DDR3 為x8 Configuration時(shí)，一個(gè)Cell的容量為8x8bits，即8個(gè)字節(jié)。換一句話說(shuō)，在指定bank、row地址和col地址之后，可以往該地址內(nèi)寫(xiě)入（或讀?。? Bytes。

2、如何計(jì)算DDR3 SDRAM的容量

以Mircon的某型號(hào)DDR3 SDRAM為例：

以圖中紅色部分的內(nèi)容作為分析案例（8個(gè)bank，x8的Configuration）：

計(jì)算方式一（錯(cuò)誤）：

64K*8*1K*8（Row Addressing * Bank Addressing * Column Addressing * x8 Configuration）= 4Gb（512 Megx8）。

大部分材料給出的都是這種錯(cuò)誤的計(jì)算方法，誤導(dǎo)了很多的初學(xué)者。這種計(jì)算方法咋一看好像是對(duì)的。但是，仔細(xì)推敲一下，便可以發(fā)現(xiàn)，按照計(jì)算方式一的邏輯，則認(rèn)為每一個(gè)Cell的容量是1bit*8（x8 Configuration），即8bit。這與我們?cè)诘谝徊糠炙懻摰慕Y(jié)果（一個(gè)Cell的容量為64bits，x8 Configuration下）不符。

當(dāng)然，從某種角度來(lái)說(shuō)，計(jì)算方式一也是正確的，因?yàn)榉蛛x出的Column Address的位數(shù)實(shí)際上是和prefetch對(duì)應(yīng)的。比如DDR3 8-bit Prefetch對(duì)3bits的Column Address，DDR2 4-bit Prefetch對(duì)應(yīng)的是2bits的Column Address。只是如果直接按照計(jì)算方式一來(lái)計(jì)算的話，對(duì)于初次接觸DDR的人來(lái)說(shuō)，理解起來(lái)存在一定的困難，這也是我寫(xiě)這一篇博文的原因。

下面給出正確的計(jì)算方式，并說(shuō)明原因。

計(jì)算方式二（正確）：

64K*8*（1K/8）*8*8（Row Addressing * Bank Addressing * (Column Addressing / 8) * x8 Configuration * 8-bit Prefetch）= 4Gb（512 Megx8）。

很多人都會(huì)問(wèn)，為什么要把列地址尋址（Column Addressing）除以8呢？似乎計(jì)算方式二看起來(lái)更加不合理。接下來(lái)，我們先來(lái)回顧一下DDR3 SDRAM的結(jié)構(gòu)框圖（還是以Mircon的某型號(hào)為例）：

大圖可能看的不太清楚，下面來(lái)幾個(gè)特寫(xiě)：

沒(méi)錯(cuò)！你沒(méi)有看錯(cuò)！10bit的Column Address的尋址能力只有128?。?！剛好差了8倍（這就是我們?cè)谟?jì)算方式二中將Column Addressing除以8的原因）！

那么問(wèn)題又來(lái)了，為什么Column Address的尋址能力只有128呢？莫急，請(qǐng)繼續(xù)看下圖：

在上圖中，可以清晰地發(fā)現(xiàn)，10bits的Column Address只有7bits用于列地址譯碼！列地址0,1,2并沒(méi)有用?。?！

那么，問(wèn)題又來(lái)了！……

列地址0,1,2,這3bits被用于什么功能了？或者是Mircon的設(shè)計(jì)者腦殘，故意浪費(fèi)了這三個(gè)bits？顯然不是。

在JESD79-3規(guī)范中有如下的這個(gè)表格：

可以發(fā)現(xiàn)，Column Address的A2，A1，A0三位被用于Burst Order功能，并且A3也被用于Burst Type功能。由于一般情況，我們采用的都是順序讀寫(xiě)模式（即{A2,A1,A0}={0,0,0}），所以此時(shí)的A3的取值并無(wú)直接影響。

那么，問(wèn)題又來(lái)了！……

Burst又是什么鬼呢？且看第三部分。

3、DDR中的Burst Length

Burst Lengths，簡(jiǎn)稱BL，指突發(fā)長(zhǎng)度，突發(fā)是指在同一行中相鄰的存儲(chǔ)單元連續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，連續(xù)傳輸所涉及到存儲(chǔ)單元（列）的數(shù)量就是突發(fā)長(zhǎng)度(SDRAM)，在DDR SDRAM中指連續(xù)傳輸?shù)闹芷跀?shù)。上一部分講到的Burst Type和Burst Order實(shí)際上就是關(guān)于Burst Length的讀寫(xiě)順序的配置。

在DDR3 SDRAM時(shí)代,內(nèi)部配置采用了8n prefetch(預(yù)取)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速讀寫(xiě).這也導(dǎo)致了DDR3的Burst Length一般都是8。當(dāng)然也有Bursth ength為4的設(shè)置(BC4)，是指另外4筆數(shù)據(jù)是不被傳輸?shù)幕蛘弑徽J(rèn)為無(wú)效而已。

在DDR2時(shí)代，內(nèi)部配置采用的是4n prefetch，Burst length有4和8兩種，對(duì)于BL=8的讀寫(xiě)操作，會(huì)出現(xiàn)兩次4n Prefetch的動(dòng)作。

上圖是JESD79-3規(guī)范中給出的DDR3 SDRAM的Command Truth Table?？梢钥吹剑x取和寫(xiě)入都有三種基本模式（Fixed BL8 or BC4，BC4 on the fly，BL8 on the fly）。這一部分的內(nèi)容，在我之前的博文中有所提及，此處不再詳細(xì)介紹。