ARM的SDRAM模塊概述

樊泰倫+何謙+梁熙達

摘 要：ARM系統之中能夠作為高速緩存的有靜態RAM、動態RAM、FLSAHROM三種。而動態RAM又分為SDRAM和DDR兩種，SDRAM具有高速，大容量等優點，是一種具有同步接口技術的高速動態隨機存儲器。根據設計的性價比，我們可以采用SDRAM實現數據的傳輸，但由于SDRAM的讀寫、刷新等命令操作的時序要求比較嚴格，因此SDRAM的控制設計也就成了我們探討的關鍵。

關鍵詞：ARM；DARAM；高速動態隨機

在當前世界背景下，嵌入式系統無疑是當前最熱門、最有發展前途的IT應用領域之一。嵌入式系統用在一些特定專用設備上，通常這些設備的硬件資源，非常有限，如處理器、存儲器等，并且對成本很敏感，有時對實時響應要求很高等。特別是隨著消費家電的智能化，嵌入式更顯重要。例如，我們平時看到的手機、機頂盒（Set Top Box）、高清電視（HDTV）、游戲機、智能玩具、交換機、路由器等，都是典型的嵌入式系統。而在嵌入式系統高速發展的同時，為嵌入式系統作為存儲單元的存儲器的選擇也就變得可圈可點了。

對于嵌入式的存儲器，我們就談談SDRAM吧，現在市面上流通的SDRAM已經是第五代了。在其之前，還有一代的SDR SDRAM、二代的DDR SDRAM、三代的DDR2 SDRAM、四代的DDR3 SDRAM和我們現在看到的第五代DDR4 SDRAM，也就是大家說的SDRAM。

一代SDRAM采用SE（Single-Ended）時鐘信號，第二代、第三代與第四代由于工作頻率比較快，所以采用可降低干擾的差分時鐘信號作為同步時鐘。五代則在這方面更勝一籌，即結構、時序與性能的關系。

對SDRAM模塊做一個分析，我們首先要分析一下影響性能的主要參數有哪些：

在理想的情況下，SDRAM的帶寬，頻率與位寬固定后，帶寬也就不可更改了，在內存的工作周期內，帶寬不可能一直處于數據傳輸的狀態，因為要有命令、尋址等必要的過程。因此，這些操作占用的時間越短，內存工作的效率越高，性能也就越好。

非數據傳輸時間的主要組成部分就是各種延遲與潛伏期。TRCD（RAS-TO-CAS Delay）“行尋址至列尋址延遲時間”、CL（CAS Latency）：“內存讀寫操作前列地址控制器的潛伏時間”TRP（RAS Precharge Time）：“內存行地址控制器預充電時間”。

在內存中讀取時可能遇到：

第一，要尋址的行與L-Bank的所有行是關閉的，此時可直接發送行有效命令，數據讀取前的總耗時為TRCD+CL。這種情況，我們稱之為PH（頁命中，Page Hit）。

第二，當系統的尋址操作要尋址的行正好是前一個操作的工作行。也就是說，要尋址的行已經處于選通有效狀態，此時可直接發送列尋址命令，數據讀取前的總耗時僅為CL。這就是BTB尋址，我們稱之為PFH/PDH（頁快速/直接命中，Page Fast/Direct Hit）。

第三，“尋址沖突”要尋址的行所在的L-Bank中已經有一個行處于活動狀態（未關閉），此時就必須要進行預充電來關閉工作行。在尋址沖突后再對新行發送行有效命令，總耗時就是TRP+TRCD+CL。這種情況，我們稱之為PM（頁錯失，Page Miss）。

顯然，PFH是最理想的尋址情況，PM則是最糟糕的尋址情況。上述三種情況發生的機率各自簡稱為PHR——PH Rate、PFHR——PFH Rate、PMR——PM Rate。因此，系統設計人員的理想都是盡量想提高PHR與PFHR，同時減少PMR，以達到提高內存工作效率的目的。

目前，有兩種方法來盡量提高PHR，從而達到我們的目的。自動預充電技術就是其中之一，它自動地在每次行操作之后進行預充電，從而減少了日后對同一L-Bank不同行尋址時發生沖突的可能性?；谶@個，有些人就想了，那自己要是在當前行工作完成后馬上打開同一L-Bank的另一行時，會不會存在延遲，要是有，又該怎么辦？于是，L-Bank交錯預充電方法出現了。

第四，路交錯式內存控制在VIA控制下只要對下一個要工作的L-Bank進行預充電。這時，預充電與數據的傳輸可以交錯執行，通過跳過TRP可以直接進入行的有效狀態。

但是事實上，無論是自動預充電，還是交錯工作的方法都無法消除TRCD所帶來的延遲。如果有可能解決這個問題，就要盡量讓一個工作行在進行預充電前盡可能多地接收多個工作命令，以達到BTB的效果，當行打開的狀態一直保持。在此期間對該行的任何讀寫操作也就不會產生內存行地址控制器預充電時間的延遲，這是決定其內存性能的重要因素之一。

參考文獻：

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