基于FPGA的DDR3讀寫測試

本文介紹一個FPGA開源項目：DDR3讀寫。該工程基于MIG控制器IP核對FPGA DDR3實現讀寫操作。

MIG控制器支持兩種接口：(1)簡單用戶控制邏輯接口；(2)AXI接口。該工程采用前者，后面會整理DDR3的AXI總線訪問方法。

下面簡單介紹一下MIG控制器IP核的使用以及FPGA板上測試結果。

01軟硬件平臺

• 軟件平臺：Vivado 2017.4;
• 硬件平臺：XC7A35TFTG256-1;

02IP核參數配置

MIG（Memory Interface Generator）IP核提供了用戶接口邏輯，以便于實現對DDR的訪問。有關MIG的詳細描述，可以參考官方文檔：ug586。這里不展開介紹。

接口配置界面，保持默認選項。

• Clock Period：配置主時鐘頻率，這里選擇400M。由于DDR是雙沿工作，所以讀寫速率為400M2Data Width(16bits)；
• 主時鐘頻率和用戶時鐘頻率比例：4：1，因此生成的用戶時鐘為100M；
• Memory Part：配置DDR參數，根據實際情況選擇；
• Data Mask：如果選用的DDR帶有data mask就選上，并將信號拉低，表示不屏蔽數據接口；

Input Clock Period：輸入時鐘，這里選擇200M。

• System Clock：No Buffer；
• Reference Clock：使用系統時鐘；
• 系統復位信號：低電平有效；

讀取XDC文件管腳配置，并點擊validate，進行校驗。

系統信號選擇不用配置，保持默認選項即可。

03用戶接口 & 讀寫時序

MIG IP產生的用戶接口信號是以app_*格式命名：

input  [127:0] app_rd_data;      //讀數據
input          app_rd_data_end;  //讀數據結束
input          app_rd_data_valid;//讀數據有效
input          app_rdy;          //MIG控制器準備好讀寫
input          app_wdf_rdy;      //MIG控制器準備好寫
output [27:0]  app_addr;         //讀寫地址
output [2:0]   app_cmd;          //讀寫命令
output         app_en;           //控制命令使能
output [127:0] app_wdf_data;     //寫數據
output         app_wdf_end;      //寫數據結束 
output         app_wdf_wren;     //寫數據使能

DDR寫時序如下圖所示。邏輯比較簡單，將所有信號嚴格對齊即可。但有一個需要注意的地方，就是當 app_rdy 和 app_wdf_rdy 都為高的時候，才能同時拉高 app_en ，這時寫入的數據才有效。

DDR讀時序如下圖所示。app_cmd、app_addr、app_en、app_rdy信號嚴格對齊即可，但是同樣需要在 app_rdy 拉高的情況下，才能拉高 app_en 。另外，數據讀出會略有延遲。

04Vivado工程源碼結構

本工程源碼結構如下圖所示。

• ddr_ctrl：ddr用戶接口讀寫控制模塊；
• clk_wiz_0：產生200M時鐘供MIG IP使用;
• time_ref：系統時間基準模塊，以1s為周期計數;

05實現功能 & 測試結果

該Vivado工程主要用于FPGA DDR3讀寫功能測試?；谟脩艨刂七壿嫿涌?，以1s為周期，每周期內完成1次讀寫操作。板上測試1次讀寫操作的結果如下圖所示。