如何計算SDRAM使用頻寬?

Abstract

只要使用了VGA、TRDB-LCM或者TRDB-LTM，就會使用SDRAM當作frame buffer，由於SDRAM頻寬有限，若沒妥善分配頻寬，最後影像就會不正確。

Introduction

為什麼需要了解如何計算SDRAM使用頻寬呢?

1.若需自行更改VGA、TRDB-LCM、TRDB-LTM輸出的解析度，則必須更改其clk，所以SDRAM頻寬必須重新分配。

2.若加上TRDB-DC2、TRDB-D5M之後，則SDRAM頻寬更為吃緊，必須小心分配SDRAM頻寬。

3.為了將DE_CCD、DE2_LCM_CCD、DE2_70_D5M_LTM等範例移植到SOPC上，必需先對SDRAM頻寬有概念，轉而設定Avalon Bus Arbitration Rule。

本文分析3個經典範例DE2_CCD、DE2_CCD_detect、DE2_70_D5M_LTM的SDRAM頻寬使用方式，其他範例可舉一反三。

DE2_CCD ：這是DE2 + TRDB-DC2 + VGA的組合，TRDB-DC2跑25MHz，VGA跑25MHz，SDRAM為TRDB-DC2與VGA之間的frame buffer，跑100MHz。 由於DE2只有1顆16 bit SDRAM，但RGB各為10 bit，1個pixel已經30 bit，顯然16 bit的SDRAM已經不夠用，所以DE2_CCD使用了Sdram_Control_4Port，將SDRAM模擬成2 read 2 write，這樣相當於一次可寫入32 bit，一次可讀出32 bit，好像是1顆32 bit SDRAM一樣。 不過當SDRAM變成2 read 2 write之後，由於讀寫同時進行，所以100MHz /4 = 25MHz，每個port的有效頻寬剩下25MHz而以，這是讓16 bit SDRAM當32 bit SDRAM的一種trade off。 當TRDB-DC2以25MHz寫入SDRAM時，由於一個pixel是30 bit，所以2個write port都用上了，因此是25MHz * 2 = 50MHz。 當VGA以25MHz讀取SDRAM時，也是以32 bit讀取，所以2個read port都用上了，因此25MHz * 2 = 50MHz。 如此TRDB-DC2的50MHz加上VGA的50MHz，剛好是100MHz，完全瓜分了SDRAM的100MHz頻寬。

由於VGA只有640 x 480，若想提高解析度，必須參考(筆記) D-Sub VGA timing table (SOC) (DE2) (DE2-70)的規格，設定適當的解析度，不過這樣還不夠，由於VGA的時脈提高，而SDRAM頻寬有限，勢必還得降低TRDB-DC2的時脈，如此SDRAM頻寬才夠TRDB-DC2與VGA瓜分。

DE2_CCD_detect： 這是DE2 + TRDB-DC2 + VGA的組合，主要實現real time的motion detection，TRDB-DC2跑25MHz，VGA跑25MHz，SDRAM跑100MHz。 由於motion detection需要2個frame做比對，所以SDRAM需要存2個frame，也就是2個read port可以讀出2的frame資料做比對，因此就不可能如DE2_CCD那樣，使用32 bit來存一個pixel的RGB，只能使用16 bit存1個pixel，因此只用了1個write port。 當TRDB-DC2以25MHz寫入SDRAM時，由於只使用了1個write port，因此25MHz * 1 = 25MHz。 當VGA以25MHz讀取SDRAM時，由於2個read port都用上了，因此25MHz * 2 = 50MHz。 所以25MHz + 50MHz = 75MHz，SDRAM的100MHz只使用了75MHz，頻寬足足有餘。 在(原創) 如何將CMOS影像以RGB16的方式存入SDRAM? (SOC) (DE2-70) (TRDB-D5M) (TRDB-LTM)中，我曾經使用DE2_CCD_detect的技巧，只存了RGB 16bit，主要為了省記憶體與留下1 read port與1 write port另作他用。

 

DE2_70_D5M_LTM ：這是DE2-70 + TRDB-D5M + TRDB-LTM的組合，TRDB-D5M跑25MHz，TRDB-LTM跑33MHz，SDRAM跑166MHz。 由於DE2-70有2顆SDRAM，所以這個範例就不再使用DE2那樣4 port的方式，而是1 read、1 write在第一顆SDRAM，另外的1 read、1 write在另一顆SDRAM。 當TRDB-D5M以25MHz寫入SDRAM時，由於只使用了1個write port，因此25MHz * 1 = 25MHz。 當TRDB-LTM以33MHz讀取SDRAM時，由於只使用了1個read port，因此33MHz * 1 = 33MHz。 所以25MHz + 33MHz = 58MHz，SDRAM的166MHz只使用了58MHz，頻寬足足有餘。

 

Conclusion 大家幾乎都會拿DE2/DE2-70 CD的範例加以修改，改成自己要的結果，不過很多人忽略了SDRAM頻寬的計算，導致最後結果不正確，DE2因為只有1顆16 bit SDRAM，所以Sdram_Control_4Port來模擬32 bit SDRAM，頻寬的計算比較麻煩；而DE2-70因為有2顆SDRAM，可以直接使用雙通道的方式將16 bit兩倍成32 bit，而頻寬計算的方式也比較單純。 See Also (筆記) D-Sub VGA timing table (SOC) (DE2) (DE2-70) (原創) 如何將CMOS影像以RGB16的方式存入SDRAM? (SOC) (DE2-70) (TRDB-D5M) (TRDB-LTM)