控制器的設(shè)計(jì)與運(yùn)行 - 用于VHDL的DRAM控制器設(shè)計(jì)

　　二、80C186XL DRAM控制器的設(shè)計(jì)與運(yùn)行

　　DRAM存在著大量、復(fù)雜的時(shí)序要求，其中訪問時(shí)間的選擇、等待狀態(tài)以及刷新方法是至關(guān)重要的。DRAM控制器必須正確響應(yīng)80C186XL的所有總線周期，必須能將DRAM的部周期和其它訪問周期分辨出來，其訪問速度必須足夠快，以避免不必要的等待周期。

　　在設(shè)計(jì)時(shí)，我們采用XC95C36-15 CPLD［2］以及4Mbits的V53C8258［3］DRAM作范例。15ns的CPLD，速度相對(duì)較高，價(jià)格比較便宜。用它設(shè)計(jì)成的DRAM控制器允許80C186XL的工作速度高達(dá)20MHz，并且XC95C36有異步時(shí)鐘選擇項(xiàng)。這種特性對(duì)本設(shè)計(jì)有很大的好處。

　　圖3是80C186XL DRAM控制器和存儲(chǔ)器的功能框圖。

　　DRAM控制器由80C186XL狀態(tài)信號(hào)S2、S1和S0的解碼來檢測(cè)總線的開始、類型和結(jié)束。這些狀態(tài)線是在CLKOUT的上升沿開始有效，在CLKOUT的下降沿失效的。DRAM控制器發(fā)出的RAS和CAS信號(hào)應(yīng)該在CLKOUT的下降沿同時(shí)有效，行列地址應(yīng)該在CLKOUT上升沿附近提供。

　　DRAM控制器應(yīng)該在CLKOUT的兩個(gè)沿都應(yīng)能正常操作。通過啟用XC95C36的異步時(shí)鐘選擇項(xiàng)，每個(gè)XC95C36宏單元可以從可編程與陣列獲得時(shí)鐘。DRAM控制器使用80C186XL的CLKOUT信號(hào)作時(shí)鐘輸入。

　　DRAM控制器主要由兩個(gè)相互聯(lián)的狀態(tài)機(jī)構(gòu)成。這兩個(gè)狀態(tài)機(jī)，使得DRAM的控制與80C186XL是否進(jìn)行等待狀態(tài)無關(guān)。狀態(tài)機(jī)A和地址多路控制信號(hào)（MUX）在CLKOUT的上升沿鎖存。狀態(tài)機(jī)B和RAS及CAS的邏輯在CLKOUT的下降沿鎖存。DRAM控制器完整的VHDL語言的源代碼可Email給cnhsx@sina.com索取。

　　DRAM控制器的狀態(tài)圖如圖4所示，狀態(tài)機(jī)A和B的起始條件分別是A0和B0。狀態(tài)機(jī)A初始化DRAM控制器的序列，狀態(tài)機(jī)B終止該序列。

　　在T2的下降沿，RAS邏輯采樣狀態(tài)機(jī)A的狀態(tài)，鎖存的地址線和總經(jīng)狀態(tài)信號(hào)。如果狀態(tài)機(jī)A在A1狀態(tài)（存儲(chǔ)器讀、寫或刷新周期）并且總線周期為DRAM使用，則XC95C36插入RAS信號(hào)。

　　在T2的上升沿，狀態(tài)機(jī)A也采樣鎖存的地址線。如果總線周期被DRAM占用，狀態(tài)機(jī)A將從狀態(tài)A1轉(zhuǎn)移到A2，否則狀態(tài)機(jī)A轉(zhuǎn)換到A3。至此控制轉(zhuǎn)移到狀態(tài)機(jī)B。MUX邏輯采樣RAS和BHE引腳的狀態(tài)。如果RAS有效（指示DRAM在訪問），并且總線周期下是刷新周期，XC95C36將插入MUX。MUX在行列地址之間切換，以便進(jìn)行DRAM的讀寫操作。

　　在T3的下降沿，狀態(tài)機(jī)B采樣狀態(tài)機(jī)A。如果狀態(tài)機(jī)A處于狀態(tài)A2（DRAM訪問）或狀態(tài)A3（存儲(chǔ)器讀或?qū)?，但不是DRAM訪問），狀態(tài)機(jī)B從狀態(tài)B0轉(zhuǎn)到B1。如果總線周期是一個(gè)DRAM訪問周期，XC95C36繼續(xù)保持RAS有效。CAS邏輯采樣MUX的狀態(tài)、鎖存地址A0、BHE和總線周期狀態(tài)。如果MUX有效（指示DRAM讀或?qū)懀?，并且訪問低字節(jié)，則XC95C36插入LCAS；如果MUX有效，并且微處理器訪問高字節(jié)，XC95C36插入U(xiǎn)CAS。DRAM讀訪問和DRAM刷新訪問不同之處在于：對(duì)刷新來說，不需要MUX、UCAS和LCAS。

　　在T3的上升沿，狀態(tài)機(jī)A等待狀態(tài)機(jī)B中斷此序列。如果MUX有效（DRAM讀或?qū)懀鼘⒈３钟行А?/p>

　　有下一個(gè)降沿，狀態(tài)機(jī)B采樣總線狀態(tài)信號(hào)。如果狀態(tài)信號(hào)仍然有效，則此狀態(tài)為等待狀態(tài)Tw，狀態(tài)機(jī)B保持在狀態(tài)B1。如果這個(gè)狀態(tài)是等待狀態(tài)，并且RAS有效（DRAM訪問），RAS保持有效；如果狀態(tài)為等待狀態(tài)，并且UCAS和LCAS有效（DRAM讀或?qū)懀?，UCAS和LCAS保持有效。

　　在等待狀態(tài)的上升沿，狀態(tài)機(jī)A繼續(xù)等待狀態(tài)機(jī)B來中斷此序列。如果MUX有效（DRAM讀或?qū)懀瑒t它在T3狀態(tài)里保持有效。

　　如果微處理器狀態(tài)信號(hào)無效，這個(gè)狀態(tài)則是一個(gè)T4狀態(tài)，狀態(tài)機(jī)B從B1轉(zhuǎn)到B2.如果狀態(tài)是一個(gè)T4狀態(tài)，并且RAS有效（DRAM訪問），則RAST4狀態(tài)，并且RAS有效（DRAM訪問），則RAS邏輯也檢測(cè)無效狀態(tài)信號(hào)，并且XC95C36關(guān)閉RAS信號(hào)；如果狀態(tài)是一個(gè)T4狀態(tài)，并且UCAS和LCAS有效（DRAM讀或?qū)懀瑒tCAS邏輯也采樣總線狀態(tài)信號(hào)；如果狀態(tài)信號(hào)無效，則XC95C36關(guān)閉UCAS和LCAS信號(hào)。

　　在T4的上升沿，狀態(tài)機(jī)A采樣狀態(tài)機(jī)B的狀態(tài)。在狀態(tài)機(jī)B處于B2狀態(tài)的情況下，狀態(tài)機(jī)A從A2狀態(tài)（DRAM訪問）或A3狀態(tài)（存儲(chǔ)器讀或?qū)?，但不是DRAM訪問）轉(zhuǎn)到A0。如果MUX有效，MUX邏輯檢查RAS的狀態(tài)；如果RAS無效（指示一個(gè)終止周期），XC95C36關(guān)閉MUX。

　　在下一個(gè)CLKOUT下降沿，狀態(tài)機(jī)B無條件地從狀態(tài)B2轉(zhuǎn)到B0，終止DRAM序列。控制轉(zhuǎn)移給狀態(tài)機(jī)A。