DRAM(Dynamic Random Access Memory)

即動態(tài)隨機(jī)存取存儲器，它和 SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器)一樣都是常見的系統(tǒng)內(nèi)存，也就是說我們個(gè)人電腦里的內(nèi)存條通常都是DRAM。但是DRAM和 SRAM 兩者之間有著很大的區(qū)別。其中最大的區(qū)別就是DRAM的地址總線接口與 SRAM 的不同。DRAM使用了dram 地址復(fù)用技術(shù)。也就是行地址與列地址分時(shí)復(fù)用技術(shù)，這就是dram 的關(guān)鍵技術(shù)所在。主要原因是由它的硬件電路決定的。

DRAM與 CPU 的接口(尋址方式)

舉個(gè)栗子，EM63A165TS 是 EtronTech 公式的一款 DRAM 芯片，容量為 16M*16Bit，分成四個(gè) Bank，每一個(gè) Bank 為 4M*16Bit。但是，觀察它的芯片管腳圖，你就會發(fā)現(xiàn)它的地址線只有 13 根(A0-A12)和兩根 Bank 控制線。13 根的控制線按照 SRAM 的尋址方法，每個(gè) Bank 只有 2^13=8K，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到 4M。這是為什么呢?

原因在于，DRAM 普遍采用的是行與列地址分時(shí)復(fù)用技術(shù)進(jìn)行尋址。在 DRAM 的矩陣存儲單元中，地址可以分成行地址和列地址。在尋址時(shí)，必須先進(jìn)行行尋址然后在進(jìn)行列尋址，這是由 DRAM 的硬件電路所決定的。所以，對行地址線和列地址線進(jìn)行共用，既節(jié)省了地址線，也不會降低 DRAM 原有的工作速率(因?yàn)?DRAM 的行地址和列地址就是要分時(shí)傳送的)。而，如果是 SRAM 采用這種尋址方式的話，則會大大降低其工作速度。

那么，EM63A165TS 只有 13 根地址線也就可以理解了，在其數(shù)據(jù)手冊上可以知道，A0-A12 是行地址線，同時(shí) A0-A8 復(fù)用為列地址線，那么就有了 22 根地址線，2^22=4M。

DRAM作為PC必備器件之一，大家自然對DRAM較為熟悉。但是，大家知道DRAM存儲具有哪些分類嗎?大家了解DRAM控制器是如何設(shè)計(jì)出來的嗎?如果你對DRAM以及本文即將要闡述的內(nèi)容具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、DRAM存儲分類

DRAM是Dynamicrandomaccessmemory的縮寫，稱為動態(tài)隨機(jī)存取存儲器。主要運(yùn)用在對功耗要求不太高、系統(tǒng)緩存要求容量比較大速度要求比較快的系統(tǒng)。

廣泛應(yīng)用于各種電子系統(tǒng)，如PC、通信、DVB、DVD、LCDTV、監(jiān)控等。

DRAM的分類：

DRAM，Dynamicrandomaccessmemory，是很快要淘汰的產(chǎn)品。

SDRAM，SynchronousDRAM(單數(shù)據(jù)傳輸模式)，主要應(yīng)用于PC外的產(chǎn)品上

DDRSDRAM，DoubleDataRate(雙數(shù)據(jù)傳輸模式)，主要應(yīng)用在PC上

RDRAM，RambusDRAM，主要應(yīng)用在PC上，比DDR用得少。

二、基于VHDL設(shè)計(jì)DRAM控制器

80C186XL16位嵌入式微處理器是Intel公司在嵌入式微處理器市場的上導(dǎo)產(chǎn)品之一。為了方便地使用DRAM，降低系統(tǒng)成本，本文提出一種新穎的解決方案：利用80C186XL的時(shí)序特征，采用CPLD技術(shù)，并使用VHDL語言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)DRAM控制器。

(一)80C186XLRCU單元的資源

80C186XL的BIU單元提供20位地址總線，RCU單元也為刷新周期提供20位地址總線。80C186XL能夠產(chǎn)生刷新功能，并將刷新狀態(tài)編碼到控制信號中。

嵌入式系統(tǒng)中DRAM控制器的CPLD解決方案

圖1是RCU單元的方框圖。它由1個(gè)9位遞減定時(shí)計(jì)數(shù)器、1個(gè)9位地址計(jì)數(shù)器、3個(gè)控制寄存器和接口邏輯組成。當(dāng)RCU使能時(shí)，遞減定時(shí)計(jì)數(shù)器每一個(gè)CLKOUT周期減少1次，定時(shí)計(jì)數(shù)器的值減為1時(shí)，則產(chǎn)生刷新總線請求，遞減定時(shí)計(jì)數(shù)器重載，操作繼續(xù)。刷新總線周期具有高優(yōu)先級，旦80C186XL總線有空，就執(zhí)行刷新操作。

設(shè)計(jì)者可將刷新總線周期看成是“偽讀”周期。刷新周期像普通讀周期一樣出現(xiàn)在80C186XL總線上，只是沒有數(shù)據(jù)傳輸。從引腳BHE/RFSH和A0的狀態(tài)可以判別刷新周期，如表1所列。刷新總線周期的時(shí)序要求如圖2所示。

(二)80C186XLDRAM控制器的設(shè)計(jì)與運(yùn)行

DRAM存在著大量、復(fù)雜的時(shí)序要求，其中訪問時(shí)間的選擇、等待狀態(tài)以及刷新方法是至關(guān)重要的。DRAM控制器必須正確響應(yīng)80C186XL的所有總線周期，必須能將DRAM的部周期和其它訪問周期分辨出來，其訪問速度必須足夠快，以避免不必要的等待周期。

在設(shè)計(jì)時(shí)，我們采用XC95C36-15CPLD[2]以及4Mbits的V53C8258[3]DRAM作范例。15ns的CPLD，速度相對較高，價(jià)格比較便宜。用它設(shè)計(jì)成的DRAM控制器允許80C186XL的工作速度高達(dá)20MHz，并且XC95C36有異步時(shí)鐘選擇項(xiàng)。這種特性對本設(shè)計(jì)有很大的好處。

圖3是80C186XLDRAM控制器和存儲器的功能框圖。

DRAM控制器由80C186XL狀態(tài)信號S2、S1和S0的解碼來檢測總線的開始、類型和結(jié)束。這些狀態(tài)線是在CLKOUT的上升沿開始有效，在CLKOUT的下降沿失效的。DRAM控制器發(fā)出的RAS和CAS信號應(yīng)該在CLKOUT的下降沿同時(shí)有效，行列地址應(yīng)該在CLKOUT上升沿附近提供。

DRAM控制器應(yīng)該在CLKOUT的兩個(gè)沿都應(yīng)能正常操作。通過啟用XC95C36的異步時(shí)鐘選擇項(xiàng)，每個(gè)XC95C36宏單元可以從可編程與陣列獲得時(shí)鐘。DRAM控制器使用80C186XL的CLKOUT信號作時(shí)鐘輸入。

DRAM控制器主要由兩個(gè)相互聯(lián)的狀態(tài)機(jī)構(gòu)成。這兩個(gè)狀態(tài)機(jī)，使得DRAM的控制與80C186XL是否進(jìn)行等待狀態(tài)無關(guān)。狀態(tài)機(jī)A和地址多路控制信號(MUX)在CLKOUT的上升沿鎖存。狀態(tài)機(jī)B和RAS及CAS的邏輯在CLKOUT的下降沿鎖存。

動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(dram)是一種將數(shù)據(jù)的各位元儲存在分開的電容器中的隨機(jī)存取存儲器。最簡單的dram單元包含單一n型金屬氧化物半導(dǎo)體(n-typemetal-oxide-semiconductor，nmos)晶體管及單一電容器。若電荷被儲存在電容器中，則取決于所使用的約定，稱該單元儲存邏輯高。接著，若沒有電荷存在，則稱該單元儲存邏輯低。由于電容器中的電荷隨時(shí)間耗散，dram系統(tǒng)需要額外的重寫電路以周期性地重寫儲存在電容器中的電荷。由于電容器只能儲存非常有限量的電荷，為了快速區(qū)分邏輯`1`與邏輯`0`之間的差異，典型是將兩條位元線(bit-line，bl)用于各位元，其中該對位元線中的第一條被稱作真位元線(bitlinetrue，blt)，而另一條是互補(bǔ)位元線(bitlinecomplement，blc)。該單一nmos晶體管的柵極受字元線(wordline，wl)控制。

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