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1 引言 現代電子信息設備往往需要保存和處理大量的數字信息，一個(gè)高性能的Memory控制器可以大大提高系統的性能。在進(jìn)行SDRAM控制器的設計時(shí)，需要考慮很多因素，設計完成以后還要進(jìn)行多項測試看是否完全滿(mǎn)足所要求的各項性能，為此我們設計了一個(gè)PDMA（Programmable Direct Mem o ry Access）用于測試SDRAM控制器的性能。在SoC中，SDRAM控制器往往跟多個(gè)IP模塊（圖形處理單元，音頻處理單元等）交換數據，采用多個(gè)PDMA通道同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)Memory可以真實(shí)模擬SDRAM控制器在SoC環(huán)境中被多個(gè)IP隨機訪(fǎng)問(wèn)的情形。 2 PDMA的結構及工作原理 PDMA是可編程直接存儲器存取的簡(jiǎn)稱(chēng)。圖1 虛中框內是PDMA的內部模塊結構，它主要由寄存器組和控制器兩大部分構成，寄存器組用于保存配置參數和PDMA對SDRMA控制器訪(fǎng)問(wèn)后的狀態(tài)信息及接收、啟動(dòng)、停止等控制信息。圖2是 PDMA寄存器組的內部結構。 寄存器組模塊里包含了一個(gè)同步模塊、控制寄存器、狀態(tài)寄存器和各通道的寄存器組。每一個(gè)子通道的寄存器組又包含訪(fǎng)問(wèn)基址寄存器、訪(fǎng)問(wèn)模式寄存器、周期計數器等三個(gè)寄存器。各寄存器的功能描述如表1所示。 PDMA的控制器主要由：產(chǎn)生寫(xiě)數據的狀態(tài)機、地址譯碼模塊、FIFO以及讀數據校驗模塊四部分構成。各模塊的功能由表2描述。 PDMA控制器的結構如圖3所示，其核心邏輯是一個(gè)狀態(tài)機，我們采用一個(gè)兩層嵌套的狀態(tài)機來(lái)實(shí)現控制功能，如圖4所示。 3 測試系統的結構和工作原理 在本設計中，PDMA用于仿真多個(gè)IP核對SDRAM控制器進(jìn)行讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)以驗證SDRAM控制器的設計是否高效合理，性能是否穩定等指標。 PDMA整個(gè)測試系統由PCI接口模塊、PDMA 以及SDRAM控制器三大部分構成（見(jiàn)圖1）。PCI接口模塊與PDMA之間以?xún)炔縄O總線(xiàn)相連接。 PDMA與SDRAM控制器之間以?xún)炔縈emory總線(xiàn)連接。PCI接口模塊連接外部PCI總線(xiàn)與內部的 PDMA，轉換由外部發(fā)起的PCI IO訪(fǎng)問(wèn)對PDMA進(jìn)行參數配置以及對命令、狀態(tài)等寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)。PDMA在得到了配置參數及啟動(dòng)訪(fǎng)問(wèn)的命令信息后啟動(dòng)對SDRAM控制器的訪(fǎng)問(wèn)(寫(xiě)然后讀)，并把測試的結果反映到PDMA的狀態(tài)寄存里。 測試用PDMA的具體工作過(guò)程如下： （1）PCI接口模塊對PDMA各通道進(jìn)行參數配置（如訪(fǎng)問(wèn)長(cháng)度、訪(fǎng)問(wèn)基址、訪(fǎng)問(wèn)方式等）； （2）PCI接口模塊寫(xiě)PDMA的控制寄存器，啟動(dòng)對SDRAM的讀寫(xiě)； （3）PCI接口模塊讀PDMA的狀態(tài)寄存器，探測訪(fǎng)問(wèn)是否完成，如完成，則讀取完成后的狀態(tài)信息（如錯誤位，發(fā)生錯誤的地址）。 4 RTL仿真 完成RTL級的設計后，我們利用Cadence公司的仿真工具VerilogXL對設計進(jìn)行了功能仿真。仿真的環(huán)境是基于PCI的，所以其仿真順序如下： （1）配置PCI配置空間的IO Base 及 Mem o ry Base寄存器； （2）寫(xiě)PCI配置空間54H，58H等寄存器，配置SDRAM 控制器及SDRAM芯片的參數； （3）寫(xiě)PCI配置空間的命令寄存器（offset==04h），使能該設備； （4）訪(fǎng)問(wèn)PCI IO空間中的PDMA配置寄存器，設定各個(gè)PDMA通道的配置參數； （5）寫(xiě)入相應的命令，啟動(dòng)PDMA訪(fǎng)問(wèn)內新路子SDRAM控制器； （6）檢測PDMA的狀態(tài)寄存器，根據設定的條件（正常結束或者發(fā)生錯誤）退出仿真程序； （7）打開(kāi)波形文件，檢查是否有錯誤發(fā)生。 圖5是由PCI發(fā)起的一次寫(xiě)IO寄存器訪(fǎng)問(wèn)的仿真波形，PDMA的配置數據就是通過(guò)若干這樣的操作完成的。 相對而言，我們更關(guān)注PDMA是如何訪(fǎng)問(wèn)Memory的。圖6是由一個(gè)PDMA發(fā)起的寫(xiě)讀模式下的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)序。GROUP1的信號是由PDMA發(fā)起的內部Memory總線(xiàn)信號組，而GROUP2的信號是 Memory控制器和內存芯片間的符合jedec標準的總線(xiàn)協(xié)議。從圖中我們可以清楚地看到總線(xiàn)協(xié)議的轉換過(guò)程，及時(shí)發(fā)現是否有違反協(xié)議的情況發(fā)生。 5 上板測試的方法和過(guò)程 在完成功能仿真后，使用Synopsys綜合工具 FPGA compiler對設計進(jìn)行綜合，并選用XILINX公司的VERTEX1600E系列為目標器件，生成相應的網(wǎng)表文件，下載到FPGA上進(jìn)行測試。綜合的結果如表3所示。測試平臺是一臺PC機，帶有PCI標準接口的測試卡和PCI讀寫(xiě)軟件。上板測試過(guò)程如下： （1）下載bit文件到FPGA中； （2）配置SDRAM控制器； （3）置PDMA寄存器； （4）啟動(dòng)PDMA訪(fǎng)問(wèn)； （5）讀回PDMA的狀態(tài)位。 測試時(shí)需要輸入相應的測試向量，一個(gè)好的軟件界面可以大大減輕硬件工程師編寫(xiě)、輸入測試向量的工作量。表4是一個(gè)測試向量的內容和結果，像這樣的測試要進(jìn)行多次以提高故障覆蓋率并統瞥鯥P的性能。 6 實(shí)驗結論 經(jīng)過(guò)不斷調試和改進(jìn)，PDMA能夠按照功能寄存器的配置準確發(fā)起Memory訪(fǎng)問(wèn)，并能夠及時(shí)報告SDRAM控制器的操作錯誤。該測試平臺不僅適用于驗證SDRAM控制器的設計，而且在經(jīng)過(guò)很小的改動(dòng)后可以配置成支持對性能更好的DDR存儲控制器的測試驗證。靈活的配置方式使之成為一個(gè)通用的測試平臺，對不同的Memory控制器的測試只需用軟件對相應的配置寄存器進(jìn)行配置即可，硬件基本不用進(jìn)行改動(dòng)，大大節約了設計時(shí)間，提高了設計的成功率和效益。 |
