用低成本FPGA解决高速存储器接口挑战

实现高性能的DDR存储器需要在输入端的读操作和在输出端的写操作有专用的DDR寄存器结构，LatticeEC提供这个能力。除这些寄存器外，EC器件有两个单元简化用于读操作的输入结构设计，这两个单元是DQS延时块和极性控制逻辑。这两个块对于实现可靠的高速DDR SDRAM控制器十分关键。由于DQS逻辑的复杂性，用FPGA实现高速存储器控制器时，设计者会遇到问题。LatticeEC为设计者提供这些专用块，能够缓解这个问题。

DLL校准DQS延时块

源同步接口通常要求调整输入时钟，以便用输入寄存器正确捕获数据。对大多数接口而言，PLL被用于这种调整。然而对于DDR存储器，称为DQS的时钟是受约束的，因此这种方法不可行。在DDR存储器接口，DQS与主时钟的关系会有变化，这是由于PCB上走线的长度和使用的存储器所引起的。

图3：DLL校准总线和DQS/DQS转移分布。

如图2所示，Lattice DQS电路包括一个自动时钟转移电路，用以简化存储器接口设计和保证稳健的操作。此外，DQS延时块还提供用于DDR存储器接口所需的时钟对列。来自焊盘的DQS信号通过DQS延时单元送入专用的布线资源。DQS信号也送入极性控制逻辑，用于控制输入寄存器块中连至同步寄存器的时钟极性。

专用DQS延时块的温度、电压和工艺变化由一组校准信号(6位宽的总线)进行补偿，它们来自器件两侧的两个DLL。每个DLL补偿器件一半的DQS延时，如图3所示。DLL用系统时钟和专用反馈环来补偿。这是一个重要的结构特征，因为这个器件不会受到通常其它FPGA严格的I/O布局要求的牵制。

极性控制逻辑

对于典型的DDR存储器设计，延时DQS选通脉冲和内部系统时钟(在读周期)之间的相位关系是未知的。Lattice-EC器件含有专用电路在这些域间传递数据。为了防止建立和保持时间发生变化，即DQS延时和系统时钟间的域传递，它使用了一个时钟极性选择器，这改变了锁存在输入寄存器块中同步寄存器中的数据的边沿。这需要测定在每个读周期的起始时刻有正确的时钟极性。DDR存储器读操作前， DQS处于三态(由端接上拉)。起始时刻DDR存储器驱动DQS为低电平，一个专用电路用于检测这个传递，这个信号用来控制至同步寄存器的时钟极性。