前言

control_interface.v文件里已經寫了非常詳盡的代碼備注。本文繼續對該文件代碼進行講解，并給出SignalTap波形輔助讀者理解。

下圖是本案例的功能框圖。

control_interface.v文件對應圖中SDRAM接口控制模塊，該模塊主要控制SDRAM命令的產生，包括空操作命令、預充電命令、自動刷新命令、加載模式寄存器命令和讀寫命令等。如下是該模塊的RTL視圖：

根據IS42R16320D 的時序圖可知該SDRAM上電后約經過 200us 才進入穩定期，在這段時間不可以對 SDRAM 做任何的操作（除了發送NOP命令）， 200us 之后要對所有的區塊進行預充電，接著再給SDRAM發送 8次自動刷新命令，最后才進行SDRAM模式寄存器的設定。完成了初始化過程之后，SDRAM 才能進行正常的讀寫操作。整個過程可簡化為下圖所示：

control_interface.v模塊工作時鐘100MHz，由Sdram_Control.v的PLL模塊提供。以100MHz時鐘周期計算，200us需要經歷20000個周期。另外，參考IS42R16320D的datasheet或者參考02-SDRAM控制器的設計——解讀IS42R16320D的數據手冊可知預充電最少要2個時鐘周期，自動刷新命令完成需要至少8個時鐘周期，模式寄存器的設定至少也要2個時鐘周期。為了保險起見，將預充電、自動刷新和模式寄存器設定等操作的等待周期都設定為20個時鐘周期（也就是0.2us）。

代碼里面首先設計兩個計數器，第一個計數器是初始化動作的計時器。為了保險起見，初始化先等待24000個時鐘周期：

從SignalTap波形圖可以看到INIT_REQ在init_timer從0計數到24000以后拉低了。INIT_REQ拉高（綠色部分）指示了SDRAM開機后的輸入穩定期。

把INIT_REQ和init_timer局部放大如下：

代碼里面實現預充電操作等待20個時鐘周期：

代碼里面實現每次自動刷新都等待20個時鐘周期（總共8次）：

第二個計數器是正常讀寫時的自動刷新間隔計時器，因為SDRAM必須要不斷進行刷新才能保留數據 ，由IS42R16320D數據手冊可知每一行刷新的循環周期最多為64ms。DE10-Standard開發板上的SDRAM有13位的行地址，共有8192行，而每一次的刷新命令只能對一行有效，所以在最長 64ms / 8192 = 7.8125us 的時間間隔內，就必須發一次刷新的命令。在工作時鐘100M下，這里刷新周期設置為768。

從SignalTap波形圖可以看到timer的值在輸入穩定等待期（INIT_REQ為高）一直是968：

INIT_REQ拉低以后timer開始倒數計數：

初始化操作結束后timer的計數周期就變成了768：

可能讀者疑惑這里為什么中間有三個周期timer的值是65535、65534、65533，而不是馬上變為768呢？

其實可以結合這個圖看：

1. timer 為0；

2. timer為0 的下個時鐘周期REFRESH_cycle為1，timer值繼續減一，為65535；

3. 繼而下個時鐘周期 do_refresh 為1，timer值繼續減一，為65534；

4. 繼而下個時鐘周期 REF_ACK 為1，timer值繼續減一，為65533；
5. 繼而在下個時鐘周期的時候 timer 賦值為768。

注意本文件當中REFRESH_init和REFRESH_cycle都是指示自動刷新操作的命令，都會控制SDRAM控制器去發送RASCASWE組合是001的命令，它們只是指示的是不同狀態下的自動刷新。

讀寫指令譯碼的代碼部分如下，當CMD值為000時，對應NOP指令，當CMD值為001對應讀指令，當CMD值為010時對應寫指令：

再來看CM_ACK和CMD_ACK信號。大家可能會疑惑為什么要弄CM_ACK和CMD_ACK這兩個變量呢？

首先看輸入信號CM_ACK。由command.v文件可知當do_refresh || do_reada || do_writea || do_precharge || do_load_mode有效時，CM_ACK=1：

而只有接收到WRITEA、READA、PRECHARGE、LOAD_MODE等命令時do_refresh 、 do_reada 、 do_writea 、do_precharge 、 do_load_mode這些信號會拉高：

所以CM_ACK信號用于接收指令。它主要指示預充電指令、初始化狀態下的自動更新命令、加載模式寄存器指令和讀寫指令的接收。

因為接收指令不一定會執行，CMD_ACK用于判斷接收到的指令是否執行。所以當CM_ACK有效（接收到了指令），CMD_ACK無效（無效說明當前沒有別的指令在執行）時，才令CMD_ACK有效。

CM_ACK與CMD_ACK信號波形參考下圖：

PS：本文的波形圖來自文件~sdramcontroloutput_filesinterface.stp