SDRAM（5）：读操作

　　读状态和写状态非常相似，可以说几乎一样。

一、SDRAM 读状态

1、SDRAM 内部状态机

 

　　粗线表示自动跳转，细线表示满足条件才跳转。经过前面的设计我们此时来到了 IDLE 状态，要完成读模块设计就要考虑两个问题：

（1）IDLE 状态到 READ 状态

　　① 在 IDLE 状态需要先给 ACT 命令激活某一行，此时处于 Row Active 状态。

　　② 在 Row Active 状态之后，给 READ 命令则会进入 READ 状态。

　　③ 在 READ 状态后，再给一次 READ 命令，就可以继续读出数据。

（2）READ 状态到 IDLE 状态 （经常需要进行刷新操作，必须从 IDLE 状态进入）

　　① 在 READ 状态给 PRE 命令，则 SDRAM 将跳出 READ 状态进入 Precharge 状态；

　　② 在 Precharge 状态后，会自动进入 IDLE 状态。

 

　　注：READA 状态不使用，因为当处于 READA 状态时，它会自动的进入到 Precharge 状态。想要继续进行读操作就要先再次激活读，也就是说 READA 比在 READ 状态的工作效率要低很多。

 

2、退出 READ 情况

　　在 READ 状态时，有 3 种情况是我们必须要退出 READ 状态的。

（1）本次设计的数据已经完全读完。都读完了肯定得退出 READ 状态啊，还折腾啥呢。

（2）SDRAM 需要进行自刷新操作。64ms内至少4096次的刷新操作是必须的，要刷新了就麻利的退出 READ 状态去刷新。

（3）数据未读完，但已经读完了 SDRAM 的一行，需要激活下一行。因为每次激活都是激活的一行，所以要换行时得退出 READ 进行下一行的激活。

 

二、读操作设计时序分析

1、READ 命令时序图

 

　　由读命令时序图中我们可以得到如下信息：

① 其命令为 {CS_n，RAS_n，CAS_n，WE_n} = {4‘b0101}。

② A0-A9 提供 cow 列地址；

③ A11和A12不用管；

④ A10控制是否在突发读完成之后立即执行预充电，即关闭当前行操作。为0时不关闭当行，使其仍处于激活状态，方便紧接着对该行进行新的读写操作。为1时就是进入了 READA 状态，会立即执行预充电即关闭当前行，导致下次进行读又得重新激活该行。本次设计我们 A10 为 0。

⑤ BA0-BA1 提供 Bank 地址。

　　　（这里没有提及 row 地址，是因为在 READ 前是 ROW ACTIVE，这就已经激活了行，因此不用再次激活。）

 

2、READ 总时序图

 

① 给出一个 ACT 命令，同时指明 Bank 和 row。然后等待时间 tRCD。

② tRCD 时间后，给出一个 READ 命令，同时指明 Bank 和 col，A10为低电平，然后等待4个时钟周期（突发长度为4）。

③ 不想读了就给一个 PRECHARGE 命令，跳出读状态。如果需要重新读，则要给一个 ACT 命令。

 

三、设计读模块

　　内部状态机如下所示：

　　具体代码就不贴了。

 

四、仿真验证

　　本次仿真只需要在 testbench 中设计一个 wr_trig 信号触发一下写，再设计一个 rd_trig 信号触发一下读，写数据则直接在写模块内部手动赋值，看看读数据有没有错即可。

 　　有个细节需要注意，最后两个数据前有个 PRECHARGE 命令，为什么呢？这是因为我们前面设置的数据潜伏期为 3，时序分析图如下所示：

 

 

参考资料：

[1]威三学院FPGA教程

[2]开源骚客FPGA教程