來源：單片機及嵌入式系統(tǒng)應用 作者：陳 琳 蔣烈輝 馬鳴錦 周 超

摘要：介紹基于現(xiàn)場可編程門陣列（fpga），利用vhdl語言設計實現(xiàn)mmc2107與sdram接口電路。文中包括mmc2107組成結構、sdram存儲接口結構和sdram控制狀態(tài)機的設計。

關鍵詞：現(xiàn)場可編程門陣列 sdram ebi vhdl 狀態(tài)機 k4s560832a

引言在嵌入式系統(tǒng)中，微控制器中通常有一定容量的存儲器，用來存放程序和數(shù)據(jù)，但由于片內(nèi)存儲器受器件規(guī)模和生產(chǎn)成本的制約，其容量通常不能滿足用戶實際需求，還需要使用半導體存儲器件來擴展存儲空間。如果采用sdram進行存儲擴展，可以大幅度地降低系統(tǒng)設計成本；但sdram控制時序比較復雜，給系統(tǒng)設計帶來很大困難。為了方便使用sdram，實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)中存儲的大容量擴展，本文介紹一種新穎的解決方案：采用fpga技術和vhdl語言，實現(xiàn)mmc2107微控制器與sdram的接口設計。

1 sdram內(nèi)部結構sdram是一種具有同步接口的高速動態(tài)隨機存儲器。本文語選用的是三星公司生產(chǎn)的32m×8位sdram器件k4s560832a。k4s560832a存儲總?cè)萘?56m位，內(nèi)部分成4個全，每個體8m字節(jié)，內(nèi)部結構如圖1所示。

k4s560832a為了能滿足各種系統(tǒng)的使用要求，提供了時鐘頻率、猝發(fā)長度、延時節(jié)拍等可編程參數(shù)。在芯片上電后可以通過地址線a12～a0配置，芯片只有在完成配置后才能進入正常工作狀態(tài)。在具體操作sdram時，首先，必須進行初始化配置，即寫模式寄存器，以便確定dram列選延遲節(jié)拍數(shù)、猝發(fā)類型、猝發(fā)長度等工作模式。然后通過act命令激活對應地址的組，同時輸入行地址。最后，通過rd或wr命令輸入列地址，將相應數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭氲綄牡刂�。操作完成后，用相關命令中止讀或?qū)懖僮�。在沒有操作的時候，每64ms必須對所有存儲單元刷新一遍（8192行），防止數(shù)據(jù)丟失。

2 mmc2107組成結構及外部總線接口

mmc2107是32位m-core系列mcu，是以m210microrisc核為cpu，最高系統(tǒng)時鐘可達33mhz；在mips。mmc2107是基于m210 cpu的、通用mcu系列中的第一個成員，具有很低的功耗；在主模式下，以最大系統(tǒng)時鐘運行，并且片內(nèi)所有模塊全部處于運行狀態(tài)時，最大的工作電流為200ma，特別適合于由電池供電的應用場合。mmc2107的組成框圖如圖2所示。

從圖2可以看出，mmc2107片內(nèi)除了m210核以外，主要還有128kb flash、8kb sram、外部總線接口、時鐘模塊、復位模塊、m-core到ipbus之間的接口、中斷控制器模塊、8位邊沿端口葦、2個可編程間隔定時器（pit1和pit2）、看門狗定時器wdt、2個定時器模塊（tim1和tim2）、串行外圍接口spi、2個串行通信接口（sci1和sci2）、adc模塊、多個通用的輸入/輸出信號、tap控制器等功能及模塊。

mmc2107在主模式和仿真模式下，支持mcore訪問外部的存儲器或設備。這時，m-core的本地總線（內(nèi)部總線）擴展到片外，由外部總線接口（ebi）負責控制m-core局部總線和外地址空間之間的信息傳送。ebi有23位地址總線a[22:0]和4個片選信號cs[3:0]，使m-core的外部存儲存儲器地址空間可達32mb。ebi的數(shù)據(jù)傳送寬度可以是32位的，也可以是16位的，可以由片選模塊按4個片選通道分別予以設定，即片選通道0～3可各自編程選定。為了便于與各種速度的外設備相連，eb1在片選模塊的控制下，可以形成所需長度的外總線周期。在ebi發(fā)起一個外部數(shù)據(jù)傳送以后，ebi驅(qū)動并保持傳送所需的各種信號，直到該總線周期結束。使ebi結束現(xiàn)行總線周期的方法有兩種：ebi收到了由外邏輯發(fā)來的傳送響應信號ta或tea，或者收到了內(nèi)部傳送響應信號，片選模塊可以為4個片選通道分別選擇總線周期結束的方法。

3 flex10k系列fpga

隨著深亞微米vlsi技術的迅速發(fā)展，fpga/cpld等可編程器件的資源有極大的發(fā)展。尤其是fpga，器件的集成度已達到上千萬門，系統(tǒng)工作頻率已達到幾百mhz。flex10k系列fpga是工業(yè)界第一個嵌入式的可編程邏輯器件。由于其具有高密度、低成本、低功率等特點，所以脫穎而出成為當今altera cpld中應用前景最好的器件系列。到目前為止，flex 10k系列已經(jīng)推出了flex10k、flex10ka、flex10kb、flex 10kv和flex10ke等5種分支系列，其集成度也達到前所未有的250 000門。flex10k主要由嵌入式陣列塊（eab）、邏輯陣列塊（lab）、快速布線通道（fasttrack）和i/o單元組成，具有如下特點：

①片上集成了實現(xiàn)宏函數(shù)的嵌入式陣列和實現(xiàn)普通函數(shù)的邏輯陣列；

②高密度，具有10 000～250 000個可用門；

③支持多電壓（multivolt）i/o接口，低功耗，遵守全pci總線規(guī)定，內(nèi)帶jtag邊界掃描測試電路；

④通過外部eprom、集成控制器或jtag接口實現(xiàn)在電路可重構（i