基于FPGA的外部存储器设计

2011-08-19 13:59:09来源: 现代电子技术
    随着雷达技术的进一步发展,对雷达信号处理的要求越来越高,在实时信号处理过程中有大量数据需要存储,由于FPGA本身的存储器容量非常小,根本满足不了雷达信号处理过程中的需求,为解决这一问题,通过查询资料,引入SDRAM和FLASH作为FPGA的外部存储器。SDRAM存储器以其快速、方便和价格相对便宜,因而,常被用在雷达信号实时处理上。选择SDRAM而没有SRAM是因为SRAM价格太贵,SDRAM相对便宜。没有选择DDR SDRAM的原因是因为在实际的雷达信号处理中并不需要那么高burst率,SDRAM足以满足实际需求。SDRAM主要作用:在MTI处理时作为周期延迟器件、动态杂波图的存储和数据暂存等功能。虽然SDRAM有存储容量大、价格相对便宜等优点,但是其断电所有数据丢失的缺点,使其仅在FPGA外部连接SDRAM作为外部存储器件显然是不能满足设计需求的,因此,在设计过程中考虑到FLASH存储。在设计中用FLASH存储一些断电不能丢失的数据,如:脉冲压缩处理时的匹配滤波器系数、MTI处理时杂波加权系数、CFAR处理时的对数表以及一些函数求值等。

  1 存储电路设计

  1.1 SDRAM存储电路设计

  在硬件电路设计过程中,先通过SDRAM的I/O接口电平标准选择FPGA的外围I/O电平标准,从而解决电气互联问题。根据实时信号处理过程中所需的存储容量以及FPGA的型号,选择了4片SDRAM存储器,用于输入/输出缓存。芯片的型号为K4S641632N-LC/L75。SDRAM工作模式有多种,内部操作是一个复杂的状态机。SDRAM的管脚可以分为以下几类:控制信号,包括片选、时钟、时钟使能、行列地址选择、读/写选择、数据有效等。地址线行列复用,数据引线是双向传输。SDRAM的所有操作都同步于时钟,都是在时钟上升沿时控制管脚和地址输入的状态,进而产生多种需要的命令。

  SDRAM与FPGA的连接,要把FPGA的普通I/O与SDRAM的除电源、NC和接地管脚之外管脚连接起来即可,所有的控制与工作时序都是由FPGA提供,由于管脚太多,采取了网络标号连接,其电路原理图如图1所示。由于篇幅关系,只给出了部分电路图。

  

SDRAM存储电路设计
1.2 FLASH存储电路设计
 
  为了满足模块内部在系统断电时的数据保护,在模块内部选择了FLASH存储器,FLASH存储器是一种非易失型存储器,在该设计中主要用于存放一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。芯片的型号为:SST39VF3201-70-4C-EK。该芯片的主要特点有:3.3 V单电源供电,内部进行编程和擦除操作;高可靠性,超过100年的数据保存能力,32 Mb的存储容量;快速擦除和编程功能,支持扇区擦除、块擦除和整个芯片擦除,扇区和块擦除时间为18 ms,整个芯片擦除时间为40 ms;片内产生Vpp编程电压,实现自动读写时序。
  FPGA的引脚除电源、时钟和复位以及几个配置时钟引脚外,其余引脚均可作为通用I/O使用,因此,与FLASH连接时,只需要FPGA的普通I/O引脚和FLASH的引脚相连即可,在实际编程过程中,要严格按照FLASH的工作时序给定正确的时序。注意,电源和接地引脚以及NC管脚不可连接在FPGA上。FLASH电路图如图2所示。
  
 
  2 存储电路软件设计
  2.1 SDRAM控制器设计

  SDRAM具有空间存储量大、读/写速度快、价格相对便宜的特点,因此许多嵌入式设备的大容量、高速度存储器都采用SDRAM来实现,但其控制逻辑复杂,需要周期性刷新操作、行列管理、不同延时和命令序列等。目前,大多都采用专用芯片完成它的控制电路,这不但提高了设计成本,而且使系统的硬件电路变得复杂。随着FPGA在嵌入式系统中的广泛应用,FPGA管脚设计灵活,结合具体的需要,利用FPGA来设计一个满足雷达信号处理专用的SDRAM控制器,就可以极大地增加设计的灵活性,且硬件规模小,又可以满足实时信号处理需求。本文就是基于这种处理方法来设计一个SDRAM控制器。

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关键字:外部  存储  存储器  设计

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/0819/article_2428.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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