SDRAM簡介

SDRAM（synchronous dynamic random-access memory）即同步動態(tài)隨機存取內(nèi)存。在介紹SDRAM前，我們先了解下DRAM（Dynamic random-access memory），DRAR中文譯為動態(tài)隨機存取內(nèi)存，也叫動態(tài)隨機存取器，為什么叫動態(tài)隨機存取器，原因是它的實現(xiàn)原理跟靜態(tài)存儲器SRAM不一樣，DRAM是在芯片里集成很多個陣列的電容，DRAM存儲二進制數(shù)據(jù)0和1就是通過給這些陣充放電荷實現(xiàn)。一個簡單的單個DRAM存儲單元示例圖如下圖所示。

單個DRAM單元實現(xiàn)電容充放電原理

電容C用來存儲電荷，信號WRITE 1、WRITE 0控制開關晶體管Q1和Q2給電容充電和放電，實現(xiàn)二進制1和0存儲。信號READ控制開關晶體管打開把電容C接到數(shù)據(jù)線DATA上，芯片內(nèi)部處理電路通過讀取DATA線上的電壓信號來判斷DRAM存儲單元存儲的數(shù)據(jù)為二進制1還是0。

從原理上去看DRAM實現(xiàn)數(shù)據(jù)存取很完美，但實際芯片按照上面的原理做好電路后，開關晶體管和電容本身都會有漏電流。漏電流會導致一個特別糟糕的情況，電容存儲的電荷會慢慢通過漏電流方式流失掉，當電荷流失到一定的量后，內(nèi)部電路讀取電容的電壓去判斷數(shù)據(jù)時，就不能正確判斷為二進制1了，這種情況下數(shù)據(jù)是錯誤。

這樣的錯誤肯定是不允許發(fā)生的，解決辦法是通過定時刷新方式給電容充電，保證電容存儲的電荷量穩(wěn)定在理想的狀態(tài)。因為這樣的過程是一個一直的動態(tài)過程，動態(tài)隨機存取器的名稱由此而來。而SDRAM是DRAM的一種操作方式，如下圖所示，SDRAM讀寫數(shù)據(jù)時，是通過在時鐘的上升沿同步獲取控制、數(shù)據(jù)信號，所以叫做同步動態(tài)隨機存取器。

SDRAM在時鐘CLK上升沿時同步獲取控制、數(shù)據(jù)信號

DRAM和SRAM優(yōu)缺點：

1. SRAM讀寫速度快，DRAM讀寫速度慢。
2. SRAM耗電量低，DRAM耗電量大。
3. SRAM制造成本高，容量低，DRAM制造成本低，容量大。

SDRAM接口信號

SDRAM主要信號如下（256Mb容量示例）：

A0-A11: 地址信號。

BA0-BA1: Bank選擇信號。

DQM0-DQM3: 讀寫數(shù)據(jù)掩碼控制信號。

DQ0-DQ31: 數(shù)據(jù)信號。

CKE: 時鐘使能信號。

CLK: 時鐘信號。

CS: 片選信號。

CAS: 列地址選通控制信號。

RAS: 行地址選通控制信號。

WE: 寫使能信號。

在上述羅列的信號中，A0-A11、BA0-BA1、CKE、CS、CAS、RAS、WE的不同組合，可以構成不同的Command如下圖所示。

DRAM Commad真值表

從上圖可以看到，DQ0-DQ31和DQM0-DQM3不參與組合成Command。這里說明下，DQMx是讀寫數(shù)據(jù)掩碼信號，用于控制數(shù)據(jù)讀寫使能對應Byte的。它們的控制關系是DQM0控制DQ0-DQ7，DQM1控制DQ8-DQ15，以此類推。知道數(shù)據(jù)信號DQ0-DQ31不參與組合成Command后，在硬件設計的Layout階段時，有時數(shù)據(jù)線不好走線，可以通過調(diào)換組內(nèi)數(shù)據(jù)線來解決數(shù)據(jù)線Layout難度大問題。

注意這里說的組內(nèi)調(diào)換是單個Byte內(nèi)的信號，DQ0-DQ7為一組，DQ8-DQ15為一組，以此類推，不能跨組調(diào)換，跨組調(diào)換讀寫數(shù)據(jù)就錯誤了。

這里介紹的組內(nèi)數(shù)據(jù)線調(diào)換不影響數(shù)據(jù)的正確性，可能會有很多人困惑，我做了個圖如下說明解釋。如下圖中，左側為主控信號，右側為DRAM。主控要寫數(shù)據(jù)0x0F到DRAM中，因為數(shù)據(jù)線在DRAM端被調(diào)換了，所以實際到DRAM內(nèi)的數(shù)據(jù)變?yōu)?x1D。這樣看像是數(shù)據(jù)錯了，但我們再看主控從DRAM讀數(shù)據(jù)的情況，主控讀數(shù)據(jù)時，DRAM內(nèi)的0x1D順著信號線原路返回，變成了0x0F，錯錯得正。

所以DRAM信號線組內(nèi)調(diào)線序不影響數(shù)據(jù)讀寫錯誤，但不能跨組調(diào)，不能跨組調(diào)的原因是即使有錯錯得正的邏輯，但是如果DQM信號沒有使能對應的Byte，那就會導致數(shù)據(jù)缺失，所以必然出錯。

在DRAM端做數(shù)據(jù)組內(nèi)調(diào)換，不影響主控讀寫數(shù)據(jù)的正確性

當然，組內(nèi)數(shù)據(jù)可調(diào)的這個思路，放在DDR3、DDR4等都可以的，但還是要先看DRAM規(guī)格書，確定數(shù)據(jù)線不參與任何Command組合，如果參與了就不能調(diào)，比如有的廠家的LPDDR就用了數(shù)據(jù)線來做Command。

STM32上的SDRAM電路設計

參考ST評估板MB1219的SDRAM部分電路如下，STM32使用SDRAM的目的是擴充芯片內(nèi)存，由FMC接口控制，電路沒什么復雜的，設計時注意了解各個信號的作用，然后參考規(guī)格書把信號一一對應連接上即可。

評估板MB1219使用的主控是STM32F769NI，參考STM32F7xx規(guī)格書第86頁的Table 12. FMC pin definition的SDRAM欄，有詳細的信號定義。下圖中的BA0和BA1接的信號為A14和A15，這里沒有錯，是ST工程師在設計評估板時，F(xiàn)MC總線上還掛了SRAM和Nor Flash，而A14和A15是SRAM和Nor Flash的，但對應SDRAM實際為BA0和BA1。

SDRAM參考設計電路

完成原理圖設計，后面剩下的是大家比較關心的Layout要不要做信號線等長的問題，這個問題在網(wǎng)上一直是很多人熱衷討論的一個問題，各有說法。其實對于SDRAM，只要走線不會長度差得特別離譜，比如差不多十幾個厘米這樣的，不等長影響不會很大，但如果PCB空間資源足夠的話建議按照500mil的規(guī)則做等長。如下圖ST的評估板MB1219就做了等長。

條件允許，推薦SDRAM做500mil約束等長