基于ALTERA FPGA的低延迟QDR2 RAM控制器解决方案

ALTERA 公司 白海龙 陈文

QDR2 RAM是一种特殊结构的SRAM，它的读写端口是分开的，有两套读写数据总线。地址是读写共享的，对BURST长度为2的QDR2 RAM来说，读地址在时钟CK的上跳沿锁存，写地址在时钟CK的下跳沿锁存。它的这种结构消除了数据总线的turn-around的必要，延迟更小。

在ALTERA的高端FPGA中，我们可以利用一些底层IP，如DQDQS，DLL，PLL来实现一个低延迟的QDR2 RAM读写控制器，因为其结构简单，读延迟很小，可以满足客户在一些数据通信产品方面的需要，比如帧包头的存取。



图1 控制器的结构图



图2 读延迟为7个时钟周期

FPGA实现方案

这个控制器的结构如图1所示，包括一个DLL，一组DQDQS，一个PLL，命令地址输出模块，数据输入接收以及同步模块。PLL产生内部数据时钟以及命令时钟，DLL以及DQDQS负责移相DQS，将36位双沿输入数据转成72位单沿并行数据，命令地址输出模块产生读写地址、读写命令信号，数据输入接收以及同步模块负责将DQDQS接收到的数据同步到内部数据时钟域。

这个控制器的内部用户接口包括21位的读写地址输入，72位的输入数据，72位的输出数据，单bit的读使能和写使能控制，以及单bit的读数据有效信号。所有这些信号都同步到PLL的数据时钟域上，便于用户使用。QDR2 RAM接口则是标准的形式，36bit的输出数据，36bit的输入数据，一对DQS差分对，一对输出时钟CK差分对，读写控制信号。

表1 控制器消耗的FPGA资源



FPGA设计的资源和性能

这个控制器消耗的FPGA资源如表1所示(在A2GZ器件上实现)。

读延迟（从读请求信号qdr2_rps_en_n上跳沿到返回数据有效信号clt_rd_valid上跳沿）为7个时钟周期，如图2所示。

这个设计可以移植到ALTERA的所有中高端FPGA，包括A2GX，A2GZ，STRATIX3，STRATIX4，STRATIX5上，对延迟等性能没有影响。

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