SDRAM 簡介

SDRAM是一種同步動態隨機訪問內存，它具有內置控制器，通過與CPU時鐘同步來工作，使得數據傳輸更為高效。SDRAM在內存顆粒市場中占據主導地位，廣泛應用于各種計算機系統和服務器中，為數據處理和存儲提供了快速且可靠的支持。 SDRAM具有高速度、高密度、低功耗等優點。其內部結構采用Bank架構，允許同時進行多個讀寫操作，從而提高了整體性能。此外，SDRAM還具有自動刷新功能，能夠確保數據在長時間內保持正確性。 華芯微特已經將SDRAM合封入芯片，合封的SDRAM大小根據芯片型號不同，具體見選型手冊。

SDRAM 結構框圖

SDRAM的內部是一個存儲陣列，將數據“填”進去，你可以它想象成一張表格。和表格的檢索原理一樣，先指定一個行（Row），再指定一個列（Column），我們就可以準確地找到所需要的單元格，這就是內存芯片尋址的基本原理。 為了詳細地介紹SDRAM以及它的使用，以某一款SDRAM數據手冊結構框圖來分析， 內部主要構成部分如下圖所示：

01 SDRAM 信號線

CLK：同步時鐘信號，提供SDRAM工作時鐘，所有輸入信號在CLK為上升沿時被采樣。 CKE：時鐘使能信號。時鐘使能進入正常工作模式，時鐘失能進入休眠模式或者自刷新模式。 CS ：片選信號，低電平有效。 CAS：列地址選通，當為低電平時地址線表示為列地址。 RAS：行地址選通，當為低電平時地址線表示為行地址。 WE：讀寫指令切換信號。低電平：寫使能；高電平：讀使能。 DQM[1:0]：輸入/輸出掩碼信號，表示DQ數據的有效部分。當DQM在讀取周期中被采樣為高時，輸出緩沖器被置于Hi-Z（具有2的延遲）。在寫入周期中，采樣DQM高電平將以零延遲阻止寫入操作。 BS：BANK地址輸入，選擇要控制的BNAK。 A[12:0]：地址信號線，地址線A10控制著是否進行在讀或寫操作之后當前L-Bank自動進行預充電。 DQ[15:0] ：數據輸入輸出信號線。

對于DQM（Data I/O Mask）信號，每個DQM控制屏蔽8bit數據，對于這款SDRAM，它是16bit的，UDQM可屏蔽高8位，LDQM可屏蔽低8位。對于16bit的數0xDDFF，我們如果只需高8位寫入，低8位不寫入，在寫入時可以將UDQM置低，LDQM置高。

02 SDRAM 操作命令

NO-Operation：空操作命令，用于選中SDRAM，防止SDRAM接受錯誤的命令，為接下來的命令發送做準備。

Active (用于存儲單位尋址)：激活命令，該命令必須在讀寫操作之前被發送，用于設置所需要的BANK和行地址 (同時設置) ，BANK地址由BS0(BA0)，BS1(BA1)決定，行地址由A0~12決定。

Read / Write：讀/寫命令，在發送完激活命令后，并進行讀寫再發送列地址就可以完成對SDRAM的尋址，并進行讀寫操作。

Precharge：預充電指令，用于關閉BANK中所打開的行地址，準備打開新行。進行完讀寫操作后，要對同一BANK的另一行進行尋址,就要將原來有效(打開)的行關閉，重新發送行/列地址。

Refresh：SDRAM存儲的數據需要不斷進行刷新操作才能保存，用于刷新一行數據，可以依次對所有的行進行刷新操作。CKE引腳高電平為自動刷新（Auto Refresh），CKE為低電平是自我刷新（Self Refresh）。

自動刷新:依靠刷新計數器(行地址生成器)自動依次生成要刷新的行地址刷新周期 (完成一次所有行的刷新所需要的時間) :64ms。自我刷新:用于休眠低功耗狀態下的數據保存。

Mode Register Set：設置模式寄存器。SDRAM芯片內部有一個邏輯控制單元，控制單元的相關參數由模式寄存器提供。該命令在每次對SDRAM進行初始化時都需要用到。

具體模式設置，如下圖：

A0～A2：用來指定突發的長度，1,2,4,8或者全頁突發。所謂的“突發”是指當我們對一個地址進行尋址并操作完成后，不必再重新對下一個地址進行尋址，而是直接進行操作。
A3：設置突發的類型，連續型和非連續型。

A4~A6：指定潛伏期的長度，可以選擇延時2，3兩個周期。

A9：用來指定操作模式。

03 SDRAM容量計算

SDRAM總存儲容量 =行數×列數×L-Bank的數量×存儲單元的容量

Row Address : A0~A11

Column Address : A0-A8

Bank = 4

Data Width=16bit

Capacity=212x 29x 4bank x 16bit=128Mbit

04 SDRAM上電初始化過程

1、VDD (供輸入buffer和邏輯電路)和VDDQ(供輸出buffer)上電，此期間CKE保持低電平。2、開始時鐘并使CKE置高。

3、電源、時鐘都穩定后，再等待200uS。

4、發出預充電命令。

5、發出多個 (8個以上) 刷新命令 (REF)。

6、發出模式寄存器設置命令 (MRS)，初始化模式寄存器 (DDR2 中還有EMRS，進行ODT.OCD等功能的設置和調整)。

05 SDRAM 讀寫時序

這里從SDRAM手冊截取讀時序進行分析，這里需要參考下圖的操作命令具體值與時序圖一起分析。

1.讀時序(Burst Length = 4, CAS Latency = 3, Auto-Precharge))

讀取數據過程：

1)發送激活命令，設置行地址和Bank地址。

2)設置列地址，發送讀命令。

3)將A10地址線拉高，自動預充電使能。

4)開始執行預充電。

5) 完成數據讀取。

2.寫時序（Auto-Precharge Write，Burst Length = 4)

寫過程跟讀取類似：

1)發送激活命令，設置行地址和Bank地址。

2)設置列地址，發送寫命令。

3)將A10地址線拉高，自動預充電使能

4)開始執行預充電。

5) 完成數據寫入。