章基于closepagepolicy的内存控制器后端设计研究

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1、第三章基于ClosePagePolicy的内存控制器后端设计本次的SDRAM控制器主要是为了配合实验室的H.264编码硬件。由于系统端的请求具冇较强的规律性，决定采用轻量级的closepagepolicy设计方案，并略作改进，以实现“可变长度的突发传送”。本章分为三大部分:第一部分讨论ClosePagePolicy的实现，并做简单的带宽利用率分析；第二部分讨论SDRAM的初始化原理；第三部分给出基于ClosePagePolicy的内存控制器后端设计方案。1ClosePagePolicy的原理与有效带宽分析ClosePagePolicy是一种简单有效的SDRAM控制器设计策略。它的性能与

2、访问地址的空间分部无关，带宽利用率固定，不考虑Refresh彩响时读写延时恒定，适合于实时性要求较高的应用。它保证每次SDRAM访问都是读写延时中等的PageHit情况，手段很简单：毎次读写后自动Precharge,关闭rowbuffer。这样不会因为同一Bank内Row地址切换而冇Penalty，也不会因为访问地址的空间locality有Gain,所以性能稳定性好。但另一方面，大量的Precharge给SDRAM带来较大的功耗。1.1ClosePagePolicy的实现与性能分析典型的ClosePagePolicy操作，只涉及Refresh>Activate&ReadwithAuto

3、precharge>Activate&WritewithAutoprecharge三种情况。以卜•讲解这三种基本操作，相关的时序参数，并推导出理想情况下的有效读写带宽公式。注：此处先假设控制器实现时未使用SDRAM指令流水线。1.1.1Refresh操作和它对有效带宽的影响由于DRAM的1T1C结构存在漏电，必须周期性地刷新(Refresh)以持久保持数据。Refresh指令，简称REF指令，用于通知SDRAM进行“自动”刷新，每次刷新对应一行(row)。“自动”指的是SDRAM内部都包含刷新计数器，发送REF指令时，不需要发送对应的Row地址，故也把Refresh也称为CBR(Col

4、umnBeforeRow)操作。毎次Refresh指令发送后,必须等待tRFC时间才能发送下一条指令，这就是刷新延时。通用SDRAM要求在64ms内将所有Row刷新一遍，这个周期称为tREF。SDRAM的row数一般为4096或8192,故如果均匀地刷新,每隔15.625US或7.8125us要发送一次REF指令。冇时，即使SDRAM的row数不到4096,刷新周期也按4096row的情况计算。只要能满足tRFC、tREF,连续的突发Refresh也是允许的。发送REF指令前，必须保证毎个Bank都空闲，如果任意一个Bank中有打开的RowBuffer,必须先发送PrechargeAl

5、l或Precharge指令。因为ClosePagePolicy以读写后立刻关闭RowBuffer为特点，所以不用考虑发送REF指令前关闭RowBuffer的问题。按照器件手册的规定，AC参数折合为时钟周期数时要向上取整。下文中，将以CtREF表示tREF对应的周期数，以CtRFCml表示tREF对应的周期数减1,其他以此类推，不再赘述。刷新操作的时序图如下:ClockCtRFCNOP678910NCP按时序要求，每CtREF个周期屮，要有SDRAM行数乘以CtRFC个周期用于刷新或刷新延时，故推得刷新导致的带宽损失计算如2CtREFBWavailable=BWx(1-CtRFCxRo、

6、Zm)1.1.1Activate&ReadwithAutoprecharge操作与ClosePagePolicy的读效率分析ClosePagePolicy中，连续的读操作可以认为是Activate和ReadwithAutoprecharge操作的循环。Activate命令，简称ACT指令，用于激活Bank屮的一个Row。发此命令的同时，要给出Bank地址和Row地址。ACT命令后要隔tRCD才能发送列读写指令。ReadwithAutoprecharge命令，简称RDA指令，作用是：读取数据，并口动执行Precharge关闭RowBuffero发此命令的同吋，要给出Bank地址和Colu

7、mn地址。RDA命令后，隔CL个周期才会有有效数据输出，输出是连续的。自动precharge发生在出现最后一个有效数据的时钟上升沿前的(CL・1)个周期。与单独的Precharge指令一样，口动precharge后要隔tRP才能发送下一条指令。以CL=3,BL=4为例，画出整个读操作周期的时序图如下：ClosePagePolicy在每次读写后都关闭RowBuffer,故其读延时恒定为ACT指令发送到第一个有效数据输岀的延时，即ACT延时加Cas