如何實現(xiàn)DS34S132與DDR3存儲器的對接

DS34S132 32端口TDM - over –Packet IC采用外部DDR同步DRAM （DDR1）存儲器緩存數(shù)據(jù)。內(nèi)存空間需提供足夠的緩存區(qū)域，以支持256條偽線（PW）/綁定中每一偽線的256ms數(shù)據(jù)包延遲變化（PDV）。如果數(shù)據(jù)包交換網(wǎng)絡(luò)（PSN）沒按正確的先后次序排列數(shù)據(jù)，存儲器需確保對接收數(shù)據(jù)包的重新排序。由于目前DDR3已成為主流存儲器件，為了使DS34S132更方便地采用DDR3,本應(yīng)用介紹了如何實現(xiàn)DS34S132與DDR3存儲器的對接。

圖1所示為利用FPGA和DDR3取代DDR1的推薦電路框圖。

圖1 用DDR3和FPGA取代DDR1

借助DDR SDRAM數(shù)據(jù)信號與時鐘信號的混合時序控制，DDR SDRAM接口能夠支持速率高于典型SDRAM數(shù)據(jù)傳輸。例如，一個125MHz時鐘頻率的DDR SDRAM,可以實現(xiàn)同等頻率SDRAM幾乎兩倍的帶寬（BW）。因此，Maxim開始在其方案中用DDR1取代SDRAM,SDRAM用于Maxim的上一代TDM over Packet（TDMoP）器件。

DDR3 SDRAM采用的是DRAM接口規(guī)范。實際的DRAM存儲數(shù)據(jù)陣列的存儲架構(gòu)與早期類型相似，具有相似的性能指標(biāo)。DDR3 SDRAM的數(shù)據(jù)傳輸速率是DDR1的4倍，具有更寬頻帶。

目前，DDR1存儲器模塊的使用不如DDR2或DDR3廣泛。但DDR2和DDR3向下、向上都不兼容DDR1.因此，DDR2或DDR3存儲器模塊不能工作在早期采用DDR的主板設(shè)計中，反之亦然。

DS34S132的DDR接口配置

針對DS34S132 TDMoP器件內(nèi)部配置：

l DDR1接口必須設(shè)置成3類列地址選通（CAS）

l 必須計算"刷新頻率",針對DDR3存儲模塊配置足夠快的時間間隔

l DDR時鐘頻率為125MHz

值得注意的是，DDR3有8個扇區(qū)，DS34S132只有2個扇區(qū)選擇位。因此，其中一半的DDR3存儲器模塊（上區(qū)）沒有使用。

DDR3配置

DDR3應(yīng)該運行在500MHz時鐘速度，該頻率是DDR1 125MHz時鐘頻率的四倍。

我們采用8位數(shù)據(jù)進(jìn)行Verilog RTL仿真，BW為：500MHz x 2 x 8位。該BW是125MHz x 2 x 16 DDR的兩倍，額外的BW用作從DDR3流水線回傳數(shù)據(jù)給DS34S132,不需占用FPGA的FIFO存儲器。對于DDR3,我們使用以下配置：

CAS延遲：8

CAS寫延遲：6

DLL復(fù)位，然后再使能

我們用Micron DDR3 MT41J128M8（16M x 8 x 8扇區(qū)）進(jìn)行仿真。當(dāng)CL= 8（DDR3 - 1066）- 187時，DDR3的周期是1.87ns.如需支持其它DDR3配置/速度，可能還需提升資源配置。我們使用的DDR3仿真具有以下規(guī)格：

'elsif sg187 // sg187 is equivalent to the JEDEC DDR3-1066G （8-8-8） speed bin

eter TCK_MIN 1875; // tCK ps Minimum Clock Cycle Time

eter TJIT_PER 90; // tJIT（per） ps Period JItter

eter TJIT_CC 180; // tJIT（cc） ps Cycle to Cycle jitter

eter TERR_2PER 132; // tERR（2per） ps Accumulated Error （2-cycle）

eter TERR_3PER 157; // tERR（3per） ps Accumulated Error （3-cycle）

eter TERR_4PER 175; // tERR（4per） ps Accumulated Error （4-cycle）

eter TERR_5PER 188; // tERR（5per） ps Accumulated Error （5-cycle）

eter TERR_6PER 200; // tERR（6per） ps Accumulated Error （6-cycle）

eter TERR_7PER 209; // tERR（7per） ps Accumulated Error （7-cycle）

eter TERR_8PER 217; // tERR（8per） ps Accumulated Error （8-cycle）

eter TERR_9PER 224; // tERR（9per） ps Accumulated Error （9-cycle）

eter TERR_10PER 231; // tERR（10per）ps Accumulated Error （10-cycle）

eter TERR_11PER 237; // tERR（11per）ps Accumulated Error （11-cycle）

eter TERR_12PER 242; // tERR（12per）ps Accumulated Error （12-cycle）

eter TDS 75; // tDS ps DQ and DM input setup time relative to DQS

eter TDH 100; // tDH ps DQ and DM input hold time relative to DQS

eter TDQSQ 150; // tDQSQ ps DQS-DQ skew, DQS to last DQ valid, per group, per access

eter TDQSS 0.25; // tDQSS tCK Rising clock edge to DQS/DQS# latching transitioneter TDSS 0.20; // tDSS tCK DQS falling edge to CLK rising （setup time）

eter TDSH 0.20; // tDSH tCK DQS falling edge from CLK rising （hold time）

eter TDQSCK 300; // tDQSCK ps DQS output access time from CK/CK#

eter TQSH 0.38; // tQSH tCK DQS Output High Pulse Width

eter TQSL 0.38; // tQSL tCK DQS Output Low Pulse Width

eter TDIPW 490; // tDIPW ps DQ and DM input Pulse Width

eter TIPW 780; // tIPW ps Control and Address input Pulse Width

eter TIS 275; // tIS ps Input Setup Time

eter TIH 200; // tIH ps Input Hold Time

eter TRAS_MIN 37500; // tRAS ps Minimum Active to Precharge command time

eter TRC 52500; // tRC ps Active to Active/Auto Refresh command time

eter TRCD 15000; // tRCD ps Active to Read/Write command time

eter TRP 15000; // tRP ps Precharge command period

eter TXP 7500; // tXP ps Exit power down to a valid command

eter TCKE 5625; // tCKE ps CKE minimum high or low pulse width

eter TAON 300; // tAON ps RTT turn-on from ODTLon reference

eter TWLS 245; // tWLS ps Setup time for tDQS flop

eter TWLH 245; // tWLH ps Hold time of tDQS flop

eter TWLO 9000; // tWLO ps Write levelization output delay

eter TAA_MIN 15000; // TAA ps Internal READ command to first data

eter CL_TIME 15000; // CL ps Minimum CAS Latency

FPGA配置

FPGA的關(guān)鍵性能：

l 在上電時，初始化DDR3存儲器芯片

l 初始化完成后，把從DS34S132發(fā)出DDR1命令轉(zhuǎn)換成DDR3命令/數(shù)據(jù)

i. 讀

ii. 寫

iii. 預(yù)充電

iv. 使用數(shù)字時鐘模塊（DCM）對DS34S132的DDR1時鐘（125MHz）進(jìn)行4倍頻，生成DDR3時鐘（500MHz）。

v. 使用第二個DCM產(chǎn)生四個不同的相位DDR3時鐘，提供DDR3沿觸發(fā)時序。此外，利用一路反饋時鐘（從一個IO端輸出并返回）調(diào)整這些時鐘相對于DDR1時鐘沿的相位關(guān)系，有助于DS34S132及時讀取數(shù)據(jù)。

據(jù)此，F(xiàn)PGA與DDR3存儲器相結(jié)合，構(gòu)成類似于DS34S132的DDR1功能。FPGA代碼包括DCM和早期的DDR IO,可從Maxim網(wǎng)站下載程序和詳細(xì)說明。

FPGA采用Spartan,Verilog RTL仿真速度等級為4,能夠達(dá)到500MHz.FPGA選用接近300的觸發(fā)器，不帶FPGA RAM.我們還使用了兩個DCM轉(zhuǎn)換時鐘頻率。為了驗證DDR1 - DDR3轉(zhuǎn)換設(shè)計方案，在Verilog RTL仿真器進(jìn)行以下測試：

DDR1模式測試并記錄結(jié)果

通過FPGA測試DDR3模式，并記錄結(jié)果

監(jiān)測DDR3獨立的讀、寫操作，并與DDR1讀、寫操作進(jìn)行對比

圖2和圖3顯示了DDR1和DDR3的讀、寫仿真結(jié)果。

在Verilog RTL仿真中，可以成功地通過FPGA從DDR3向器件發(fā)送有效信號，同樣也可成功地讀取器件信號并發(fā)送到DDR3.仿真結(jié)果證明，從DDR1到DDR3轉(zhuǎn)換方案可以正確工作。

圖2 DDR1（上圖）和DDR3（下圖）的寫操作仿真結(jié)果

圖3 DDR1（上圖）和DDR3（下圖）的讀操作仿真結(jié)果

結(jié)論

本文利用Micron DDR3 MT41J128M8參數(shù)模型進(jìn)行FPGA的Verilog RTL仿真，確保器件能夠配合DDR3和Spartan FPGA工作。但該方案并不適用于所有DDR3器件，設(shè)計人員需要首先了解利用哪些DDR3進(jìn)行設(shè)計。沒有提供FPGA映射和位文件。