使用DDR4控制器实现多通道数据读写(八)
一、 本章概括
在之前的章节已经详细介绍了DDR4的AXI协议，并实现了对DDR4简单的读写操作。这一章节来建立单通道的256位数据的读写，并放出工程框架，说明整体设计思路。
二、 工程框架
三、 设计思路
DDR内存通常用于大容量数据存储，但延迟较高，并且axi接口协议需要较多的接口。而fifo是先进先出的队列，用于缓冲数据。我们利用AXI接口的高带宽和DDR4的大容量，来实现一个高效的fifo系统，这样可以更方便使用DDR来读写数据。
（一）、首先要考虑时钟域的问题，如果用户接口和DDR4接口时钟不同，需要用到异步fifo来进行跨时钟域操作：
用两个fifo连接ddr：首先由generate_data模块产生数据，把数据存入fifo_1中，再通过wr_ddr_start（写ddr开始信号）控制ddr把fifo_1中的数据写进ddr。再通过rd_ddr_start（读ddr开始信号）控制ddr读取ddr中的数据写进fifo_2中，由recv_data模块接收数据。如果fifo_1不满的话，就可以写入数据。如果fifo_2不空的话，就可以读出数据。
（二）、对于DDR4与FIFO的数据交互：如果fifo_1不空并且ddr不满的话，就往ddr中写入fifo_1中的数据。如果fifo_2不满并且ddr不空的话，就从ddr中读出数据存到fifo_2中。
（三）、注意事项
在将fifo_1中的数据写入DDR4时，需要控制向DDR4写入的长度和地址，DDR4每次写突发最长可以写进256个数据，为了能更高效的使用DDR4，每次突发时，初始地址必须紧跟上一次突发后写入最后一个数据的地址。并且最终地址不能超过DDR4的总内存地址。
在将DDR4中的数据读出后写入fifo_2时，需要控制从DDR4读取的长度和地址，DDR4每次读突发最长可以读出256个数据，之前将数据写进DDR4时，前一次突发和后一次突发的地址是相连的，所以每次读突发时，初始地址必须紧跟上一次突发后读出最后一个数据的地址。并且最终地址不能超过DDR4的总内存地址。
四、 ddr3_axi_wr_ctrl模块实现ddr3写数据
（1）、ddr3_axi_wr_ctrl模块接口列表：
（2）、ddr3写模块关键时序：图53（黄色为输入信号，绿色为输出信号）
（3）、时序图解析：
写开始信号（wr_start）拉高后，状态跳转到发送地址（SEND_ADDR）状态，并且把写地址和写数据长度信号赋值给awaddr和awlen。在SEND_ADDR状态下拉高awvalid信号。
当awready信号和awvalid信号同时为高，说明写地址已经成功发送，这时拉低awvalid信号。跳转到发送数据状态（SEND_DATA）。
在SEND_DATA状态下拉高wvalid，这时写数据（wdata）在wvalid和wready同时为高时有效。每发送一次数据，地址计数（awaddr_cnt）+32。在发送最后一拍数据时拉高wlast信号，表明当前发送的是最后一拍数据。状态跳转到接收响应状态（RECV_BVALID）。
当bvalid信号为高时，表示已经成功写进数据，状态返回到ILDE。
写忙碌信号在写开始信号拉高之后拉高，接收到bvalid信号之后拉低。bvalid信号可以用作写结束信号。
五、 ddr3_axi_rd_ctrl模块实现ddr3读数据
（1）、ddr3_axi_rd_ctrl模块接口列表：
（2）、ddr4_axi_rd_ctrl模块关键时序：图54（黄色为输入信号，绿色为输出信号）
（3）、时序图解析：
当读开始信号拉高后，把读地址（araddr_in）和读数据长度（arlen_in）赋值给araddr和arlen，并且拉高arvalid信号、读数据准备信号（rready）和读忙碌（rd_busy），arvalid信号在arready为高时拉低。读数据准备信号（rready）和读忙碌（rd_busy）在rlast拉高后拉低。
每读出一个数据，读地址计数（araddr_cnt）+32。读出的数据做为fifo_2的写数据。
六、 本章总结
本章节概括了整体设计思路，并给出了读写DDR4内存的接口列表和重点时序图。对于对DDR4的读写的开始、长度、地址等控制信号，由仲裁模块（arbit）和数据交互模块（data_in_out）给出。我们在下一章节详细说明。
本文章由威三学社出品
对课程感兴趣可以私信联系