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利用FPGA实现MMC2107与SDRAM接口设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍基于现场可编程门阵列(FPGA),利用VHDL语言设计实现MMC2107与SDRAM接口电路。文中包括MMC2107组成结构、SDRAM存储接口结构和SDRAM控制状态机的设计。

    关键词:现场可编程门阵列 SDRAM EBI VHDL 状态机 K4S560832A

引言

在嵌入式系统中,微控制器中通常有一定容量的存储器,用来存放程序和数据,但由于片内存储器受器件规模和生产成本的制约,其容量通常不能满足用户实际需求,还需要使用半导体存储器件来扩展存储空间。如果采用SDRAM进行存储扩展,可以大幅度地降低系统设计成本;但SDRAM控制时序比较复杂,给系统设计带来很大困难。为了方便使用SDRAM,实现嵌入式系统中存储的大容量扩展,本文介绍一种新颖的解决方案:采用FPGA技术和VHDL语言,实现MMC2107微控制器与SDRAM的接口设计。

1 SDRAM内部结构

SDRAM是一种具有同步接口的高速动态随机存储器。本文语选用的是三星公司生产的32M×8位SDRAM器件K4S560832A。K4S560832A存储总容量256M位,内部分成4个全,每个体8M字节,内部结构如图1所示。

K4S560832A为了能满足各种系统的使用要求,提供了时钟频率、猝发长度、延时节拍等可编程参数。在芯片上电后可以通过地址线A12~A0配置,芯片只有在完成配置后才能进入正常工作状态。在具体操作SDRAM时,首先,必须进行初始化配置,即写模式寄存器,以便确定DRAM列选延迟节拍数、猝发类型、猝发长度等工作模式。然后通过ACT命令激活对应地址的组,同时输入行地址。最后,通过RD或WR命令输入列地址,将相应数据读出或写入到对应的地址。操作完成后,用相关命令中止读或写操作。在没有操作的时候,每64ms必须对所有存储单元刷新一遍(8192行),防止数据丢失。

图1 K4S560832A内部结构

2 MMC2107组成结构及外部总线接口

MMC2107是32位M-CORE系列MCU,是以M210microRISC核为CPU,最高系统时钟可达33MHz;在MIPS。MMC2107是基于M210 CPU的、通用MCU系列中的第一个成员,具有很低的功耗;在主模式下,以最大系统时钟运行,并且片内所有模块全部处于运行状态时,最大的工作电流为200mA,特别适合于由电池供电的应用场合。MMC2107的组成框图如图2所示。

从图2可以看出,MMC2107片内除了M210核以外,主要还有128KB Flash、8KB SRAM、外部总线接口、时钟模块、复位模块、M-CORE到IPBUS之间的接口、中断控制器模块、8位边沿端口苇、2个可编程间隔定时器(PIT1和PIT2)、看门狗定时器WDT、2个定时器模块(TIM1和TIM2)、串行外围接口SPI、2个串行通信接口(SCI1和SCI2)、ADC模块、多个通用的输入/输出信号、TAP控制器等功能及模块。

MMC2107在主模式和仿真模式下,支持MCORE访问外部的存储器或设备。这时,M-CORE的本地总线(内部总线)扩展到片外,由外部总线接口(EBI)负责控制M-CORE局部总线和外地址空间之间的信息传送。EBI有23位地址总线A[22:0]和4个片选信号CS[3:0],使M-CORE的外部存储存储器地址空间可达32MB。EBI的数据传送宽度可以是32位的,也可以是16位的,可以由片选模块按4个片选通道分别予以设定,即片选通道0~3可各自编程选定。为了便于与各种速度的外设备相连,EB1在片选模块的控制下,可以形成所需长度的外总线周期。在EBI发起一个外部数据传送以后,EBI驱动并保持传送所需的各种信号,直到该总线周期结束。使EBI结束现行总线周期的方法有两种:EBI收到了由外逻辑发来的传送响应信号TA或TEA,或者收到了内部传送响应信号,片选模块可以为4个片选通道分别选择总线周期结束的方法。

图2 MMC2107组成框图

3 FLEX10K系列FPGA

随着深亚微米VLSI技术的迅速发展,FPGA/CPLD等可编程器件的资源有极大的发展。尤其是FPGA,器件的集成度已达到上千万门,系统工作频率已达到几百MHz。FLEX10K系列FPGA是工业界第一个嵌入式的可编程逻辑器件。由于其具有高密度、低成本、低功率等特点,所以脱颖而出成为当今Altera CPLD中应用前景最好的器件系列。到目前为止,FLEX 10K系列已经推出了FLEX10K、FLEX10KA、FLEX10KB、FLEX 10KV和FLEX10KE等5种分支系列,其集成度也达到前所未有的250 000门。FLEX10K

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